Перейти к содержанию

Как подключить тензодатчик к Arduino без HX711?

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Тензодатчик — это мост Уитстона из четырёх тензорезисторов. Его чувствительность указывают в милливольтах на вольт питания: у датчика 2 мВ/В при питании 5 В полная нагрузка даёт 10 мВ между средними точками моста. Наш расчёт: один отсчёт 10-битного АЦП ATmega328P при опорном 5 В — 5 / 1024 ≈ 4,9 мВ, поэтому без усиления сигнал моста почти не виден. Нужен инструментальный усилитель — он усиливает разность двух входов и подавляет общее для них напряжение 2,5 В.

Схема на INA333

УзелПодключение
Питание моста+5 В и GND платы — те же, что у АЦП
Входы INA333средние точки моста, синфазное около 2,5 В
RG249 Ом: G = 1 + 100 кОм / 249 Ом ≈ 403
REF0,5 В от делителя через буфер на ОУ
Выходвход A0, опорное АЦП — AVCC

Наш расчёт для этой схемы:

НагрузкаСигнал мостаВыход INA333Код АЦП
00 мВ0,50 В≈ 102
50 %5 мВ2,52 В≈ 515
100 %10 мВ4,53 В≈ 927

На всю шкалу приходится около 825 отсчётов — шаг примерно 0,12 % от предела датчика, для датчика на 5 кг это около 6 г. INA333 подходит для 5 В: питание 1,8–5,5 В, входы работают до 0,1 В от шин, выход — до 0,05 В (TI, с. 1). Внутренние узлы первого каскада при таком усилении отходят от 2,5 В примерно на ±2 В — в пределах, но близко к границе; проверьте режим в калькуляторе инструментального усилителя.

Почему питание моста = опорное АЦП

Выход моста пропорционален его питанию, а код АЦП обратно пропорционален опорному напряжению. Если и мост, и АЦП работают от одного и того же 5 В, уход питания в коде сокращается — такое включение называют логометрическим. ADI в схеме монитора давления на одном питании 5 В тоже берёт опорное АЦП от того же узла, что и смещение REF (AD620, рис. 38).

Что ещё учесть

  • Ноль и масштаб калибруют гирями: смещение INA333 и разброс датчика заметнее, чем шаг АЦП.
  • Усреднение нескольких измерений уменьшает шум.
  • AD620 на 5 В тоже работает, но с REF на середине питания — подробности в ответе «Почему AD620 не работает от одного питания 5 В?».

Что значит «мВ/В», объясняет термин «мост Уитстона». Резистор RG и допустимые режимы рассчитает калькулятор инструментального усилителя, коды АЦП — калькулятор АЦП AVR.

Похожие вопросы

Можно ли подключить тензодатчик прямо к аналоговому входу Arduino?

Нет. Наш расчёт: датчик 2 мВ/В при питании 5 В даёт на полной нагрузке 10 мВ, а один шаг АЦП Arduino при опорном 5 В — 4,9 мВ. Вся шкала весов уложится в два-три отсчёта, а сигнал к тому же дифференциальный — между двумя средними точками моста.

Зачем смещать вывод REF, если вес не бывает отрицательным?

У INA333 выход не опускается ниже 0,05 В. Наш расчёт: при усилении 400 это 0,125 мВ на входе — больше 1 % шкалы 10 мВ. Смещение REF на 0,5 В выводит ноль весов из зоны, где выход не работает; напряжение на REF подают через буфер на ОУ, а не с голого делителя.

Чем такой вариант хуже HX711?

Разрешением: после усилителя 10-битный АЦП различает около 800 ступеней на всю шкалу, а специализированный АЦП для весов имеет гораздо больше разрядов. Вариант с INA333 полезен, когда нужно быстрое измерение, когда АЦП микроконтроллера лучше, чем у ATmega328P, или когда HX711 нет под рукой.

Источники

  1. Texas Instruments. INA333 Micro-Power, Zero-Drift, Rail-to-Rail Out Instrumentation Amplifier, SBOS445C — с. 1 — применения: мостовые усилители, весы; питание 1,8–5,5 В; входы от (V−) + 0,1 до (V+) − 0,1 В; выход от (V−) + 0,05 до (V+) − 0,05 В; G = 1 + 100 кОм / RG, усиление от 1 до 1000; табл. 6.5 — смещение нуля ±25 ± 75/G мкВ максимум
  2. Analog Devices. AD620 Low Cost Low Power Instrumentation Amplifier, Rev. H (2011) — применения — весы; рис. 38 — мост 3 кОм с питанием 5 В, AD620B с G = 100, вывод REF от делителя через буфер, тот же опорный узел подан на АЦП
  3. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet, DS40002061B — разд. 24 — 10-битный АЦП, результат = VIN · 1024 / VREF, опорное — AVCC, внутреннее 1,1 В или AREF; табл. 29-15 — внутреннее опорное 1,0–1,2 В

Нашли ошибку?

Смотрите также