Nanoshield Load Cell

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Descrição do produto

Load Cell 

Medição de alta resolução para células de carga

  • Solução completa para medição de células de carga
  • Pesagem e medição de tração ou compressão
  • Até 15 módulos simultâneos
  • Até 100 mil pontos de medição efetivos *
  • Velocidade de 10 ou 80 amostras por segundo
  • Ganho do amplificador configurável
  • Funciona com 5V ou 3,3V
  • Códigos de exemplo com conversão em peso

* Ex.: resolução de 1g para célula de 100kg (3 mV/V).

O Nanoshield Load Cell oferece uma solução completa para medição de células de carga com alta precisão e resolução. Implementado com o chip ADS1230 fabricado pela Texas Instruments, o módulo conta com todos os recursos necessários para a medição, como amplificador interno, filtros para atenuação de ruído e conversor AD de alta resolução. Dessa forma, ele é ideal para aplicações que envolvem medição de massa, força, tração e compressão.

O módulo se comunica com o microcontrolador através de um barramento SPI, diminuindo o número de pinos necessários para a ligação. Dessa forma, é possível ligar até 15 módulos simultâneos em um único Arduino.

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Características do Nanoshield Load Cell

 

Conectando a célula de carga

Cada módulo consegue ler uma célula de carga com ponte completa. A conexão é feita através de um borne de parafuso, que serve tanto para alimentar a célula, como para fazer a ligação dos sinais de medida. A tabela abaixo mostra a nomenclatura dos contatos no borne de conexão:

Nome Função
VC Alimentação da célula
C- Sinal de saída negativo
C+ Sinal de saída positivo
GND Referência (terra)

Pinagem do borne de conexão da célula de carga

A figura abaixo ilustra como deve ser feita a conexão da célula ao módulo Load Cell.

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Conexão da célula de carga ao módulo Load Cell

 

A alimentação da célula será feita com a mesma tensão utilizada para alimentar o módulo, ou seja, 5V na configuração padrão de fábrica, ou opcionalmente 3,3V (para mais detalhes consulte a seção Operação em 3,3V). Esse modo de operação deve ser sempre mantido, e já está ajustado para o melhor funcionamento possível do módulo. Dessa forma, não é possível utilizar uma fonte externa, de 10V por exemplo, para fazer a alimentação da célula. Note que as células de carga são elementos passivos, compostas de sensores resistivos para fazer a medição, e dessa forma elas não exigem um valor específico de tensão para a alimentação.

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Célula de carga conectada ao módulo Load Cell (clique na imagem para ampliar)

 

Conexão com Arduino + Base Board Uno

O jeito mais fácil de utilizar o Nanoshield Load Cell juntamente com um Arduino é usando a Base Board Uno ou Base Board L Uno. Basta encaixar as placas e depois carregar o nosso código de exemplo para verificar o funcionamento (veja a seção de código de exemplo no final da página). Esta montagem pode ser utilizada com o Arduino UNO, Mega R3 ou placas similares. A figura abaixo mostra como fica a montagem do conjunto.

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Ligação com Arduino utilizando a Base Board Uno (clique na imagem para ampliar)

 

Conexão com Base Boarduino

Também é possível conectar o Nanoshield Load Cell diretamente à nossa placa compatível com Arduino, a Base Boarduino. A conexão é feita da mesma forma com que é feita na Base Board, conforme ilustra a figura abaixo. Basta encaixar as placas e depois carregar o nosso código de exemplo para verificar o funcionamento (veja a seção de código de exemplo no final da página).

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Ligação com a Base Boarduino (clique na imagem para ampliar)

 

Ligação direta com Arduino

Também é possível utilizar o módulo com montagem direta, utilizando um protoboard e jumper wires para fazer a conexão. Utilize os seguintes esquemas para conectar o Nanoshield Load Cell a um Arduino Uno ou Arduino Mega.

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Ligação utilizando Arduino UNO (clique na imagem para ampliar)

 

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Ligação utilizando Arduino MEGA (clique na imagem para ampliar)

 

Utilizando vários módulos simultaneamente

O Nanoshield Load Cell se comunica com o microcontrolador do Arduino através de um barramento de comunicação denominado SPI. Uma das vantagens deste barramento é a possibilidade de ligação de vários módulos simultâneos utilizando poucos pinos do microcontrolador. O barramento possui uma linha de clock (SCK), duas linhas de dados (SDI e SDO) e um pino de seleção denominado chip select (/CS). Todos os módulos ligados ao barramento compartilham as mesmas linhas de clock e de dados, porém a cada um deles é atribuído um pino de chip select exclusivo. Dessa forma, o microcontrolador pode escolher com qual dos módulos vai se comunicar, enviando um sinal com nível lógico baixo (0V) no pino de chip select correspondente àquele módulo.

O Nanoshield Load Cell possui um conjunto de jumpers na parte superior da placa que permite a seleção manual de até 5 pinos diferentes do Arduino para a função de chip select (4, 7, 8, 10 e A3) – o pino padrão que vem selecionado de fábrica é o 8. Além destas 5 opções, o módulo ainda conta com mais 10 pinos selecionáveis via jumper de solda na parte inferior da placa (2, 3, 5, 6, 9, A0, A1, A2, A4 e A5), permitindo a ligação de até 15 módulos simultâneos em um único Arduino.

A figura abaixo ilustra a localização dos jumpers manuais na parte superior, e dos jumpers de solda na parte inferior da placa.

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Opções de chip select do Nanoshield Load Cell

 

Para utilizar vários módulos simultaneamente, basta montá-los juntos na Base Board ou Base Board L e utilizar os jumpers para selecionar um chip select diferente em cada módulo. A figura abaixo mostra um conjunto de 4 módulos utilizados simultaneamente. Neste exemplo utilizamos uma Base Board UNO juntamente com um Arduino Mega.

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Utilizando vários módulos simultaneamente

 

Porém, tenha em mente que os pinos utilizados para a comunicação SPI e os pinos utilizados para o chip select dos módulos não podem ser compartilhados ou ter outra função no projeto. Portanto é recomendável fazer uma análise dos pinos utilizados antes de realizar a montagem com vários módulos simultâneos. Consulte a nossa tabela de pinagem, ou entre em contato conosco para maiores informações.

Configurações disponíveis

  • Escolhendo a taxa de amostragem

O Nanoshield Load Cell funciona com duas taxas de amostragens configuráveis, 10 e 80 amostras por segundo. Você pode escolher qual velocidade usar através do jumper denominado SPEED (veja a figura abaixo).

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Jumper SPEED para escolha da taxa de amostragem

 

A escolha da velocidade depende do tipo de aplicação em que o módulo será utilizado. A operação em 10 amostras por segundo oferece a melhor performance em termos de supressão de ruído, dessa forma se consegue uma maior resolução efetiva de medida. Essa é a configuração de fábrica, e deve ser utilizada sempre que não for necessário uma taxa alta de medidas, como nos casos de balanças por exemplo.

Já a configuração para 80 amostras por segundo oferece uma maior velocidade em troca de uma pequena degradação na relação sinal-ruído, diminuindo a resolução efetiva. Utilize essa configuração quando for necessário uma taxa maior de amostragem, como no caso de monitoramento de sistemas dinâmicos por exemplo.

  • Escolhendo o ganho

O Nanoshield Load Cell conta com um amplificador de sinais integrado, ideal para trabalhar com os sinais de baixa amplitude fornecidos pelas células de carga. O ganho deste amplificador pode ser ajustado com um valor de 64 ou 128 através do jumper denominado GAIN (veja figura abaixo).

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Jumper GAIN para escolha do ganho

 

O ganho de 128 é a configuração de padrão de fábrica, e é ideal para utilização com a maioria das células de carga no mercado, com sensibilidade de 2mV/V e 3mV/V, ou menores. Com o ganho de 128, a entrada do conversor AD fica configurada para um intervalo de medidas entre -19,5mV e +19,5mV.

O ganho de 64 deve ser utilizado para células com sensibilidade igual ou maior a 4mV/V. Nessa configuração, a entrada do conversor AD fica ajustada para um intervalo de medidas entre -39mV até 39mV.

  • Operação em 3,3V

O Nanoshield Load Cell também pode ser configurado para funcionar com alimentação de 3,3V. Essa configuração é útil quando se deseja utilizar o módulo juntamente com outras placas que funcionam com 3,3V, como o Arduino Zero, Arduino DUE, entre outras.

Para alterar a tensão de operação do módulo é necessário alterar o jumper de solda que está localizado na parte superior da placa, escolhendo entre os valores 5V ou 3,3V. A figura abaixo mostra como fazer esta alteração:

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Configuração de alimentação para o Nanoshield Load Cell

 

Esta alteração só é necessária se o módulo estiver sendo utilizado juntamente com a Base Board ou a Base Board L, que fornecem a alimentação de 3,3V pelo pino denominado 3V3. Caso você esteja utilizando o módulo ligado por jumper wires, basta conectar o pino VCC do módulo diretamente na tensão de alimentação de 3,3V.

Diagrama de blocos

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Diagrama de blocos Nanoshield Load Cell

 

Especificações elétricas

  • Alimentação: é feita pelo pino 5V com intervalo de 4,5V até 5,5V. Pode ser configurado também para alimentação com 3,3V conforme a seção Operação em 3,3V

  • Consumo: o consumo máximo de corrente é aproximadamente 1,5mA.

  • Níveis lógicos: os pinos de entrada /CS e SCK funcionam com tensões de 5V ou 3,3V. O pino de saída SDO tem nível lógico de 3,3V e é 100% compatível com os níveis de tensão aceitos pelo Arduino, Raspberry Pi, entre outras.

A tabela abaixo descreve a função de cada um dos sinais utilizados, e a correspondência com os pinos do Arduino UNO e Arduino MEGA R3.

Função Arduino UNO Arduino MEGA Função
/CS 8 (configurável) 8 (configurável) Chip select barramento SPI
SDO 12 50 Linha de dados barramento SPI (MISO)
SCK 13 52 Linha de clock barramento SPI
5V 5V 5V Entrada Alimentação 5V
GND GND GND Tensão de referência (terra)

Tabela de descrição dos pinos

Código de exemplo

  • Nanoshield_LoadCell - Biblioteca Arduino de código aberto para acesso ao Nanoshield Load Cell.

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