Scară digitală cu ESP32: 12 pași

2025 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2025-01-13 06:58

V-ați gândit vreodată să montați o cântare digitală utilizând un ESP32 și un senzor (cunoscut sub numele de celulă de încărcare)? Astăzi, vă voi arăta cum să faceți acest lucru printr-un proces care permite și alte teste de laborator, cum ar fi identificarea forței pe care o efectuează un motor asupra unui punct, printre alte exemple.

Voi demonstra apoi câteva concepte legate de utilizarea celulelor de încărcare, voi captura date celulare pentru a construi un exemplu de scară și voi arăta alte posibile aplicații ale celulelor de încărcare.

Pasul 1: Resurse utilizate

• Heltec Lora 32 WiFi ESP

• Celula de încărcare (de la 0 la 50 de newtoni, utilizând o scală)

• 1 potențiometru de 100k (mai bine dacă utilizați un trimpot multivolt pentru reglarea fină)

• 1 Amp Op LM358

• 2 rezistențe 1M5

• 2 rezistențe de 10k

• 1 rezistor 4k7

• Fire

• Un Protoboard

• Un cablu USB pentru ESP

• Un cântar, recipient cu volum gradat sau orice altă metodă de calibrare.

Pasul 2: demonstrație

Pasul 3: Încărcați celulele

• Sunt traductoare de forță.

• Pot folosi diverse metode pentru a traduce forța aplicată într-o magnitudine proporțională care poate fi utilizată ca măsură. Printre cele mai frecvente se numără cele care utilizează extensometre cu foi, efectul piezoelectric, hidraulică, corzi vibrante etc.

• Pot fi clasificate și după forma de măsurare (tensiune sau compresie)

Pasul 4: Încărcați celulele și aparatele de tensiune

• Extensometrele pentru foi sunt pelicule (de obicei din plastic) cu o sârmă tipărită care au o rezistență care poate varia în funcție de schimbarea dimensiunii lor.

• Construcția sa vizează în principal transformarea unei deformări mecanice într-o variație de magnitudine electrică (rezistență). Acest lucru are loc de preferință într-o singură direcție, astfel încât să poată fi efectuată evaluarea componentelor. Pentru aceasta, combinația mai multor extensometre este obișnuită

• Când este atașat corespunzător de un corp, deformarea acestuia este egală cu cea a corpului. Astfel, rezistența sa variază în funcție de deformarea corpului, care la rândul său este legată de forța de deformare.

• Sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de aparate de măsură.

• Când sunt întinse de o forță de întindere, firele se alungesc și se îngustează, crescând rezistența.

• Când sunt comprimate de o forță de compresie, firele se scurtează și se lărgesc, reducând rezistența.

Pasul 5: Podul Wheatstone

• Pentru o măsurare mai precisă și pentru a permite o detectare mai eficientă a variației rezistenței într-o celulă de sarcină, dispozitivul de măsurare a tensiunii este asamblat într-un pod Wheatstone.

• În această configurație, putem determina variația rezistenței prin dezechilibrul podului.

• Dacă R1 = Rx și R2 = R3, divizoarele de tensiune vor fi egale, iar tensiunile Vc și Vb vor fi de asemenea egale, cu puntea în echilibru. Adică Vbc = 0V;

• Dacă Rx este altul decât R1, puntea va fi dezechilibrată și tensiunea Vbc va fi diferită de zero.

• Este posibil să se arate cum ar trebui să apară această variație, dar aici vom face o calibrare directă, raportând valoarea citită în ADC la o masă aplicată celulei de încărcare.

Pasul 6: Amplificare

• Chiar și folosind puntea Wheatstone pentru a face citirea mai eficientă, micro-deformările din metalul celulei de sarcină produc mici variații de tensiune între Vbc.

• Pentru a rezolva această situație, vom folosi două etape de amplificare. Una pentru a determina diferența și alta pentru a potrivi valoarea obținută cu ADC-ul ESP.

Pasul 7: Amplificare (schemă)

• Câștigul etapei de scădere este dat de R6 / R5 și este același cu R7 / R8.

• Câștigul pasului final care nu se inversează este dat de Pot / R10

Pasul 8: Colectarea datelor pentru calibrare

• Odată asamblat, stabilim câștigul final astfel încât valoarea celei mai mari mase măsurate să fie aproape de valoarea maximă a ADC. În acest caz, pentru 2 kg aplicate în celulă, tensiunea de ieșire a fost de aproximativ 3V3.

• În continuare, vom varia masa aplicată (cunoscută printr-o balanță și pentru fiecare valoare) și vom asocia un LEITUR al ADC, obținând tabelul următor.

Pasul 9: Obținerea funcției Relația dintre masa măsurată și valoarea ADC obținută

Folosim software-ul PolySolve pentru a obține un polinom care reprezintă relația dintre masă și valoarea ADC.

Pasul 10: Cod sursă

Cod sursă - # Include

Acum că avem cum să obținem măsurătorile și să cunoaștem relația dintre ADC și masa aplicată, putem trece la scrierea efectivă a software-ului.

// Bibliotecas pentru utilizare do display oLED # include // Necesar apenas for o Arduino 1.6.5 e anterior #include "SSD1306.h" // o mesmo que #include "SSD1306Wire.h"

Cod sursă - #Defines

// Os pinos do OLED este conectat la ESP32 pentru următorii GPIO's: // OLED_SDA - GPIO4 // OLED_SCL - GPIO15 // OLED_RST - GPIO16 #define SDA 4 #define SCL 15 #define RST 16 // RST trebuie să fie ajustat prin software

Sursă - Variabile și constante globale

Afișaj SSD1306 (0x3c, SDA, SCL, RST); // Instanciando e ajustando os pinos do object "display" const int amostras = 10000; // número de amostras coletadas para a média const int pin = 13; // pino de leitura

Cod sursă - Configurare ()

void setup () {pinMode (pin, INPUT); // pino de leitura analogică Serial.begin (115200); // iniciando a serial // Inicia o display display.init (); display.flipScreenVertically (); // Vira a tela verticalmente}

Cod sursă - Buclă ()

void loop () {float medidas = 0.0; // variável para manipular as mesures float massa = 0.0; // variável para armazenar o valor da massa // inicia a coleta de amostras do ADC for (int i = 0; i (5000)) // se está ligado a mais que 5 segundos {// Envia um CSV contendo o instante, a măsură media do ADC e o valor em gramas // para a Serial. Serial.print (milis () / 1000.0, 0); // instante em segundos Serial.print (","); Serial.print (medidas, 3); // valor médio obtido no ADC Serial.print (","); Serial.println ((massa), 1); // massa em gramas // Escreve no buffer do display display.clear (); // Limpa o buffer do display // ajusta o aliniament pentru a stânga display.setTextAlignment (TEXT_ALIGN_LEFT); // ajusta a fonte pentru Arial 16 display.setFont (ArialMT_Plain_16); // Screve no buffer do display a massa display.drawString (0, 0, "Massa:" + String (int (massa)) + "g"); // escreve no buffer o valor do ADC display.drawString (0, 30, "ADC:" + String (int (medidas))); } else // se está ligado a menos de 5 segundos {display.clear (); // limpa o buffer do display display.setTextAlignment (TEXT_ALIGN_LEFT); // Ajusta o aliniament pentru a afișa stânga.setFont (ArialMT_Plain_24); // ajusta a fonte pentru Arial 24 display.drawString (0, 0, "Balança"); // escreve no buffer display.setFont (ArialMT_Plain_16); // Ajusta a fonte pentru Arial 16 display.drawString (0, 26, "ESP-WiFi-Lora"); // escreve no buffer} display.display (); // transfere o buffer para o display delay (50); }

Cod sursă - Funcția calculaMassa ()

// funcție pentru calculul de masă obținut pela regresie // folosind oPolySolve float calculaMassa (float medida) {return -6.798357840659e + 01 + 3.885671618930e-01 * medida + 3.684944764970e-04 * medida * medida + -3.748108838320e-07 * măsură * măsură * măsură + 1.796252359323e-10 * măsură * măsură * măsură * măsură + -3.995722708150e-14 * măsură * măsură * măsură * măsură * măsură * măsură + 3.284692453344e-18 * măsură * măsură * măsură * măsură * măsură * măsură * măsură; }

Pasul 11: Pornire și măsurare

Pasul 12: Fișiere

Descărcați fișierele

EU NU

PDF