【12月29日】ロードセル<変換モジュールHX711をいじりだした>

アマゾンでたくさん売られてるので、一個だけついでに購入しておいたものを取り出して通電して使えるかちょっと見たら全然反応無しでした。

※本記事は、2016年年末の記事で、ひずみ計測入門時代の記事ですが、以後
4年間のひずみ計測経験から下記になってますので、最近の記事を参考にしてください。
※HX711の不安定動作については、プロの方の解説記事がありました。感謝です。

=>ひずみゲージアンプの用途別選択は2案あります。
■1案:LT1167等計装オペアンプをひずみゲージブリッジに接続して低ノイズ電圧信号をマイコンのAD変換ピンに入力して、ブリッジ電圧値を得る。
解説記事:計装アンプLT1167
●メリット:

・マイコンプログラムが簡単で確実な電圧信号が得られるので初心者には、この方法が一番確実です。
・アナログ信号なので、高速ですので数KHzオーダーまで計測できます。

●デメリット:

・アンプ回路の出来次第でノイズを食らうことがある。

 

■2案:アンプ付ADC(AD7193,AD7194等)を接続してマイコンには、SPIインターフェース接続する。

●メリット:
・超低ノイズ、高分解能のひずみデータが、デジタルIF経由で得られる。
・ゲインの小さいひずみゲージブリッジでもノイズが低いので微小ひずみデータが得られる。

●デメリット:
・サンプリング周期が遅い
=>フィルタとデータを転送する時間で6CHで100Hz~1Chで500Hzまで)
 ・数ページに及ぶ英文仕様を理解してプログラムする手間がある
SPIインターフェースをいじった経験が必要で、SPIの配線ノイズを食らうことがある。
▼HX711は、信頼性と安定性で保証がないので推奨しません。
解説記事:HX711
<HX711仕様書にはない、謎の信号があってそれがノイズと間違ってエラーになるらしい>
インターフェースのプログラムでライブラリーが走ればよいが、
ライブラリーでこけると自前でプログラム作るはめになる。
オシロを眺めながら、信号に合わせてDELAYを入れながら動作を評価する作業が必要となります。
HX711は、中華ICなので、品質保証がない分、格安ですが、動作怪しいです。
きちんとした計測をしたいなら下記記事で扱っているアナログデバイス社の
保証とサポートされたADCチップを使われたほうがよいです。
私は2019年からHX711使ってません。

■本記事は2016年末の記事ですが、2019年3月現在ではhx711を卒業して、より高性能なひずみゲージ用ADCチップに移行しております。
HX711は、ちょっとひずみゲージをいじってみるだけなら手軽でいいですが、多CHを正確に測定したいとかになると下記のアナログデバイス社製のきちんとしたひずみゲージ用ADCがお勧めです。

=>6ch以上でひずみゲージブリッジで信頼性ある測定目的の方はhx711は、ノイズ等課題が多いため、ANALOG DEVICE社製のΣデルタ型の高精度高信頼性AD7194チップを使うことをお勧めします。

評価ボードは7千円と高いのですが、チップ単体だと1700円くらいですので、8CHのひずみゲージアンプとしてはHX711より安く上がるはずです。しかし、LFCSPというパッケージで半田付が難しいですので半田するかリフロー炉でやるかとなります。
2020年からはAD7194 EVALボード以外にAD7193を多用してます。

●2019年からは、普段は、4chのAD7193を使ってます。
AD7194,7193を使い始めると低ノイズ・精度・分解能・安定性がよくて、とてもHX711には戻れません。初期のひずみゲージ遊びならHX711でいいですが自作で多分力センサを作るなら、アンプの性能の良いものを使えば、自作センサがゲイン不足でも高精度でカバーしてくれます。

【MFT2019】AD7193_TSSOP_4CH動作OK<3日かかった>

 

HX711仕様は、
https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ForceFlex/hx711_english.pdfAITENDOでも売ってました
http://www.aitendo.com/product/9727

使い方は、 こちらのサイトで丁寧に説明されてますが、Arduinoです。
https://lowreal.net/2016/12/25/1

米国のSparkFunが元みたいです。
https://learn.sparkfun.com/tutorials/load-cell-amplifier-hx711-breakout-hookup-guide

動作としては、24bitのAD変換の出力をSIOインターフェースでだしているみたいです。クロックとデータの2本でてますが、UARTでもなければi2cでもSPIでもないのですが、Mbedライブラリーに何個かHX711の
ライブラリーが載ってますので、それで動けばラッキーです。
https://developer.mbed.org/users/megrootens/code/HX711/docs/tip/classHx711.html通常のデジタルポート2個使うだけなので、複数個のロードセルで使えると便利です。帰ってUART仕様だったら最大3個しかつかえなくなるのでSIO仕様というのもいい手だと思います。

※2020年9月追記
 本記事老朽化しているのですが、多くのVisitor様がご来訪いただいているようです。私はHX711は既に使ってないのですが、初心者様には、手頃でいいので、なんとか安定して使える手段はないかと思って再度検索してみると
プロの方のサイトココアシステム様がHX711の動作不良を解説されたページがありました。仕様書にはない謎の信号がでるそうです。こうなると素人向けのADCとしては難しくなるので、この辺は、販売されている業者さんに問い合わせされるのがいいと思います。秋月では、2019年に説明書を改定してますが、10PPSと従来より更に遅いサンプリングにして、安定動作を確保しているみたいです。謎の信号については、公表できないための対策だと思います。
結論は、HX711は、超低速でしか安定動作できないということです。
ココアシステム様には、苦労されて解析された貴重な知見を公開されたことに感謝です。

ひずみゲージADC HX711 のナゾシグナル

 

 

 

 

●うんともすんとも信号が掴まらない
=>初めはこんなもんでした。後日ノイズが非常に出やすかったのが原因でした。

オシロで一瞬だけクロックがとらえられたのです、どうも再現しません、クロックがつかまらなければ回路が悪いのかセンサが悪いのか
なにがなんだかわからないので、HX711が使えるかどうかまだ不明です。何か、経時変化がありあそうで、電源ONから数分すると様子が変わります。

●当面は、手持ちのオペアンプでロードセル実験をしていきますが
HX711も合間合間でいじってみます。
※半年後の追伸:
その後接続達成できて、現在では、7Ch同時稼働してます。その記事は、下記リンクでご覧下さい。
ポイントは、SIOの干渉ノイズですので、干渉ノイズは、CPU基板と数cm離した場合は干渉ノイズでHX711が正常に稼働しなくなります。ですので、HX711は、CPU基板の最も近い位置に配置して、SIO線を最短でCPUポートに接続することが重要です。最終形は、ここのページです。

【6分力計】1号機も基板作り直し<安定増した>

もう一つのポイントは、ロードセルとの接続です。ブレッドボードでロードセルでつないだりしたら駄目です。ロードセルの変化が微妙なので、ブレッドボード接触では電圧がみだれます。半田付けするか、ターミナルブロックでネジ締め固定してください。

 

※この記事は2016年年末ですが、ほぼ3年後の現在は、空気のように6CHでHX711を使ってます。
基本的な学習をしておいたほうがいいと思って下記記事をまとめてあります。
6つのロードセルとHX711を使った6分力計の作り方は
以下の基礎学習を読んでから始めると効率がよく応用がきくと存じます。

【PMD2018】基礎学習2回目<HX711とロードセル接続>

【PMD2018】基礎学習1回目<オペアンプと計装アンプの違い>

旧6分力計の作り方はあまり参考にはなりません。

【6分力計】6分力計作り方まとめました

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