|
Voor ongeveer vijftien euro bouwt u met dit pakketje een weegschaal met bereiken van 99,99 gram en 0,999 kg. Een deel van de componenten wordt als SMD geleverd, enige ervaring met het solderen van dergelijke onderdelen is dus wél noodzakelijk.
|
Kennismaking met dit bouwpakket
Fabrikant, leveranciers en prijzen
De fabrikant van dit bouwpakketje valt niet te achterhalen, noch op de print noch in de bouwbeschrijving wordt daar enige melding over gemaakt. Op de print staat in het Chinees 'SSY stijgende elektronische technologie'. Het pakket kunt u bestellen bij de bekende Chinese leveranciers. Bij Banggood betaalt u er € 13,96 voor, de goedkoopste leverancier die wij op AliExpress konden opsporen rekent € 12,84. Wij bestelden ons exemplaar bij Banggood.
De levering van het pakket
Zoals helaas maar al te vaak gebeurt bij Chinese bouwpakketten wordt ook nu te weinig zorg besteed aan de verpakking en verzending. Alle onderdelen zitten los opgepropt in een te klein zakje met als gevolg dat bij ons exemplaar de pennen van de microcontroller nogal waren verbogen en het de nodige aandacht kostte om alle pennetjes weer min of meer in één lijn te krijgen.
 |
| De levering van de onderdelen. (© 2023 Jos Verstraten) |
De geleverde onderdelen
In de onderstaande foto hebben wij alle geleverde onderdelen netjes uitgestald. De ronde schijf rechts is het plateau waarop u het te wegen object legt. Dit is stevige 5 mm dikke schijf plexiglas met een diameter van 85 mm. Onder de schijf en de print ziet u een vreemd aluminium voorwerp. Dat is de sensor die 'load cell' wordt genoemd, wij komen daar later in dit verhaal op terug. Van de SMD-condensatoren en -weerstanden worden meer exemplaren geleverd dan u nodig hebt. Dat is handig, want als een van die onderdeeltjes uit uw pincet springt (en dat gebeurt gemakkelijk) vindt u het nooit meer terug!
 |
| De geleverde onderdelen. (© 2023 Jos Verstraten) |
De print
De twee zijden van de print zijn weergegeven in de onderstaande foto. In totaal moet u twaalf SMD-componenten op de print solderen: een IC, een transistor, vijf weerstanden en vijf condensatoren. Die ziet u rechtsboven op de print. Linksonder zitten vier transistoren. Dat zijn ongetwijfeld de drivers voor de vier zeven-segment indicatoren. De drie pads voor de pootjes van die transistoren zitten zo dicht op elkaar dat het bijna niet mogelijk is deze te solderen zonder een soldeerbrug te veroorzaken. En dit terwijl die positie helemaal niet noodzakelijk is. De drie pads hadden net zo goed in een iets ruimere driehoek kunnen staan! Rechtsboven staat de header H2. In deze vier pads komen de vier draadjes van de sensor.
 |
| De twee zijden van de print. (© 2023 Jos Verstraten) |
De bouwbeschrijving
Op het internet is zowaar een goede tien pagina's dikke Engelstalige bouwbeschrijving te vinden. Die hebben wij gekopieerd naar ons account op Archive.org, zodat u deze kunt downloaden:
Aanklikbare link ➡ Electronic_Scale_Kit_Manual.pdf
Het eindresultaat
Om u een idee te geven wat u voor die vijftien euro kunt verwachten hebben wij ons volledig gebouwd exemplaar op de foto gezet. Het apparaatje wordt gevoed uit een gelijkspanning van 5 V die u via een standaard voedingsconnector 5,5 mm x 2,1 mm op het printje kunt aansluiten.
 |
| De volledig gebouwde elektronische weegschaal. (© 2023 Jos Verstraten) |
De elektronica in de elektronische weegschaal
De load cell sensor YZC-131
De load cell sensor, voorgesteld in de onderstaande foto, heeft als typenummer YZC-131. Dit onderdeel heeft een weegbereik van 0 tot 1 kg en zou een lineariteit hebben van ±0,03 % over de volle schaal. Het gewicht wordt gemeten met vier rekstrookjes die aan de boven- en onderzijde van de staaf zijn aangebracht onder een blob siliconenpasta en die in een weerstandsbrug zijn opgenomen. De weerstand van beide takken van de brug bedraagt 1 kΩ ±50 Ω. Uit de brug komen vier draadjes. De brug wordt gevoed tussen rood en zwart met 5 Vdc en levert een uitgangsspanning tussen groen en wit. Die uitgangsspanning is zeer klein en is recht evenredig met de vervorming die op de aluminium staaf wordt uitgeoefend.
 |
| De kenmerken van de load cell sensor YZC-131. (© 2023 Jos Verstraten) |
Het principe van de meting
In de onderstaande figuur hebben wij een zeer schematische doorsnede van het apparaat getekend. De print rust stabiel op drie pootjes. De load cell sensor is aan zijn rechter zijde vast verbonden met de print door middel van twee lange boutjes. Aan de linker zijde is de sensor op dezelfde manier vast verbonden met het plateau. Als u iets op het plateau zet zal de kracht die de zwaartekracht op dit voorwerp uitoefent via de linker boutjes worden overgedragen op de load cell sensor. Het gevolg is dat het aluminium staafje iets gaat vervormen. Dit is, zeer overdreven voorgesteld uiteraard, weergegeven door de stippellijn. Deze vervorming zorgt ervoor dat de weerstandsbrug in de sensor uit evenwicht komt en de sensor een zeer kleine gelijkspanning levert tussen zijn groene en witte draadjes. Het is niet te bevatten dat een dergelijk systeem gevoelig genoeg is om voorwerpen die maar een paar gram wegen te registreren, maar het werkt écht!
 |
| De principiële werking van de weegschaal. (© 2023 Jos Verstraten) |
Gedetailleerde werking van de sensor
Het is inderdaad niet te bevatten dat een aluminium staaf onder invloed van de kracht die een gewicht van een paar gram uitoefent zou kromtrekken. Aan de hand van de onderstaande figuur wordt de werking van de sensor iets gedetailleerder besproken.
Heel belangrijk voor de werking is dat in het midden van de aluminium staaf twee gaten A en B zijn geboord. Die gaten zijn zo groot dat er nauwelijks materiaal aan de onder- en bovenzijde overblijft. Hierdoor ontstaan dus vier zeer zwakke punten in de constructie van de staaf. Aan de boven- en onderzijde van de staaf zijn op die punten vier rekstrookjes gemonteerd, sensor 1 tot en met sensor 4. Als de staaf aan de linker zijde wordt belast met een kracht F zal dit tot gevolg hebben dat de staaf tussen de zwakke punten gaat vervormen. Dit is in de onderstaande figuur uiteraard overdreven voorgesteld. Maar heel duidelijk is te zien, dank zij deze overdrijving, dat de sensoren 1 en 4 worden samengeperst en de sensoren 2 en 3 worden uitgerokken. De vier rekstrookjes zijn opgenomen in een brug met als resultaat dat de minimale weerstandsvariaties van de rekstrookjes maximale uitgangsspanningsvariaties tot gevolg hebben.
 |
| Een iets gedetailleerdere verklaring van de werking. (© 2023 Jos Verstraten) |
Het verwerken van het sensorspanning
De spanning die de sensor genereert is zo gering dat er een speciale chip is ontwikkeld voor het versterken en digitaliseren van dergelijke signalen. Dat is de HX711 van AVIA Semiconductor, een 24 bit ADC met twee differentiële ingangsversterkers. Bij instelling op de maximale versterking heeft deze chip een meetbereik van ±20 mV volle schaal.
In de onderstaande figuur is het intern blokschema en de standaard schakeling rond de HX711 getekend. De chip levert ook de voedingsspanning voor de weerstandsbrug vanuit een zeer stabiele interne bandgap referentie. De sigma-delta ADC heeft zelfs geen extern kristal nodig, maar werkt met een on-chip klokgenerator.
In de onderstaande figuur is het intern blokschema en de standaard schakeling rond de HX711 getekend. De chip levert ook de voedingsspanning voor de weerstandsbrug vanuit een zeer stabiele interne bandgap referentie. De sigma-delta ADC heeft zelfs geen extern kristal nodig, maar werkt met een on-chip klokgenerator.
 |
| De speciale versterker + ADC HX711. (© AVIA Semiconductor) |
Het volledig schema van deze elektronische weegschaal
In de onderstaande figuur hebben wij het volledig schema van deze balans overgenomen uit de handleiding. Door op het schema te klikken ziet u het groter op uw scherm verschijnen.
De schakelaar KEY6 (links boven) is de AAN/UIT-schakelaar van het apparaat. Deze zit rechtstreeks achter de 5 Vdc connector DC1. U kunt het printje voeden uit een USB-voeding, de schakeling verbruikt ongeveer 20 mA stroom.
Met de vier schakelaar KEY1 tot en met KEY4 (links onder) kunt u de weegschaal bedienen:
- KEY1:
De offsetschakelaar, hiermee zet u de uitlezing op nul. Is handig als u bijvoorbeeld 50 gram van een poeder wilt afwegen. U zet een schaaltje op de weegschaal, wacht tot de schakeling een stabiel gewicht aangeeft en drukt dan op deze schakelaar. De uitlezing gaat naar nul en u kunt nu poeder in het schaaltje strooien tot er 50 gram op het display staat. - KEY2:
De bereikenomschakelaar. Iedere druk op deze knop schakelt het bereik om van 99,99 gram naar 0,999 kg en dan weer naar 99,99 gram. In het bereik van 0,999 kg gaat de groene LED branden. - KEY3, KEY4:
Deze knoppen kunt u gebruiken om de weegschaal te ijken. Door herhaaldelijk te drukken op KEY3 gaat de uitlezing omhoog, met KEY4 gaat de uitlezing omlaag.
Als microcontroller wordt gebruik gemaakt van een STC15W408S. Deze door STC MCU Limited geproduceerde chip is een microcontroller gebaseerd op de architectuur van de 8051. De chip werkt echter sneller (ongeveer 8 tot 12 keer de snelheid van een traditionele 8051) en heeft een zeer laag vermogensverbruik. Er is geen extern kristal nodig, een RC-generator instelbaar tussen 5 MHz en 35 MHz is in de chip geïntegreerd.
 |
Het volledig schema van dit bouwpakket. (© 2020 Dayup) |
De bouw van de schakeling
Montage van de SMD-componenten
Als u nog weinig ervaring hebt met het solderen van SMD-componenten, begin dan met het solderen van de HX711. Breng eerst een dun egaal laagje tin aan op alle pads, positioneer de chip met een pincet op de pads en smelt met de punt van de soldeerbout één van de hoekpennetjes met heel weinig tin vast op het pad. Doe hetzelfde met het diagonale hoekpennetje. U kunt nu de chip loslaten en een voor een alle overige pennetjes, met heel voorzichtige toevoeging van wat tin, op de pads smelten. Als het u lukt dit IC zonder tinbruggetjes en zonder twijfelachtige contacten te monteren kunt u ook de overige SMD-componenten aan! De code op de onderdeeltjes is:
- Weerstanden 1 kΩ (R8, R9): 102
- Weerstand 20 kΩ (R6): 203
- Weerstand 8,2 kΩ (R7): 822]
- Weerstand 0 Ω (R16): 0
- Condensator 100 nF (C2, C3, C4, C5): 104
- Condensator 10 μF (C6): niet gecodeerd
Monteren van de axiale componenten
Hierbij vereisen de vijf transistoren extreem zorgvuldige solderingen. De drie pads zitten erg dicht bij elkaar en een soldeerbruggetje tussen twee pads ontstaat voor u er erg in hebt!
Let op de plus en min van de twee elco's en de afgeplatte kant van de LED.
In de onderstaande foto ziet u de compleet gemonteerde print, waarop u de load cell sensor en het plateau kunt monteren. Wél nog even de microcontroller in zijn voetje monteren!
 |
| De compleet gesoldeerde print. (© 2023 Jos Verstraten) |
De montage van de load cell sensor en het plateau
Dit wordt goed begeleid in de handleiding met vijf duidelijke foto's. Als beide onderdelen met de afstandsbusjes, boutjes en moertjes op elkaar en op de print zijn geschroefd moet u de vier draadjes van de sensor op de print solderen in H2. De juiste volgorde, van boven naar beneden:
- wit
- groen
- zwart
- rood
Tot slot monteert u de drie afstandsbusjes van 5 mm onder de print.
Op de onderstaande foto ziet u ons eindresultaat.
 |
| Het eindresultaat van ons geknutsel. (© 2023 Jos Verstraten) |
De weegschaal getest
Kalibratiegewichten kopen?
Om een weegschaal te kalibreren en te testen worden er ijkgewichten verkocht van 5 g, 10 g, 20 g, 50 g, 100 g, 200 g, 500 g en 1.000 g. Via AliExpress kunt u die kopen voor € 1,58 per stuk. Met Google zoeken naar 'Kalibratie Gewicht AliExpress' levert een heleboel treffers op. Op de onderstaande foto ziet u zo'n setje.
 |
| Een setje kalibratiegewichten. (© Roads 4 Store) |
Vergelijken met een Soehnle
Wij hebben echter een vrij dure 1.000 g digitale Soehnle weegschaal in huis, nog een restant van onze bedrijfsactiviteiten toen wij jaarlijks alle in voorraad zijnde onderdelen moesten tellen voor de belastingen. Wij hebben diverse voorwerpen op deze weegschaal gewogen en vergeleken met de meetresultaten van het bouwpakketje (zonder nadere afregeling). In de onderstaande tabel ziet u de resultaten. Indrukwekkend, of niet?
 |
| Meetresultaten vergeleken met een SOEHNLE weegschaal. (© 2023 Jos Verstraten) |
Electronic Scale DIY Kit
