* 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.
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) |
A figura abaixo ilustra como deve ser feita a conexão da célula 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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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).
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.
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:
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.
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) |
Acompanha:
1 – Nanoshield LoadCell
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