This post is also available in: English (İngilizce)

• Yük Hücresi Nedir?
• Yük Hücresi için Gerekli Teknik Malzemeler
  • Kalibrasyon Ağırlığı
  • Taban Plakası
  • Yükseltme Parçası
• INA122 Yükselteç Entegresi
  • INA122 Pin İşlevleri
• AD586 +5V Referans Entegresi
  • AD586 Pin İşlevleri
• Yük Hücresi Deversi
  • Yük Hücresi Devre Şeması
  • Gerekli Malzemeler
  • Devrenin Yapılışı
    • INA122 RG Direnci Hesaplama
    • Devre Kurulumundan Kesitler
• Kalibrasyon Yapılması
  • PIC için Gerekli ADC Ayarlarının Yapılması
  • Kalibrasyon Hesaplamaları
  • Okunan Değeri gr Olarak Hesaplama
  • Ölçüm Hassasiyeti Hesaplaması
• SONUÇ
• Video Anlatım
• Yararlanılan Kaynaklar

• Bu dersimizde bir yük hücresini nasıl kullanılacağını göreceğiz.
• Yük hücresini kullanmak için INA122 ve AD586 entegrelerine ihtiyacımız olduğundan onlarında kullanımını göreceğiz
• Yük Hücresi için bir takım teknik malzemelere de ihtiyacımız olacak ilerledikçe bunların amaçlarını anlatacağım.
• Amacımız en başta ne yaptığımızı bilerek yapmak ve bu konuda size bir temel kazandırma. Bu temelden yola çıkarak çok daha gelişmiş sistemler kurup hassas sonuçlar alabilirsiniz.

Yük Hücresi Nedir ?

• Yük Hücresi kuvvet sensörüdür. Yani kuvvet ölçer.
• Analog bir sensördür.
• Tartım yapan cihazların içerisinde de bulunur
• Kısacası kuvvet ile ilgili her alanda kullanılır.

• Genel olarak alt ve üst yüzeyinde hassas dirençler bulunur bunların gerilip büzülmesi ile mikro voltlar üretir.
• Bu bölgeler zarar görmemesi için epoksi ile kaplansada bu alanlara dikkat edilmeli darbe gelmesi engellenmelidir.
• Bu bölgenin kazınması gibi işlemler sensörün bozulmasına sebep olur ayrıca buradaki teller odukça ince olduklarından tekrar lehimlenemezler ve lehimlense de çalışma performansını ciddi şekilde etkileyecektir.

• Alüminyum veya Paslanmaz gövdeden yapılabilir. Hassas dirençler uygun noktalara yerleştirildikten sonra üstleri epoksi ile kaplanarak korumaya alınır
• Yük Hücrelerinde 5 adet uç bulunur(NOT: Her üreticiye göre değişebildiğinden burada renk olarak tanımlama yapmadım bunu yük hücresi üreticisinden öğrenebilirsiniz)
  1. +5 volt girişi
  2. GND
  3. Veri (-)
  4. Veri (+)
  5. Topraklama( Sensörün metal kısmını yalıtmak için)
  6. NOT: Eğer yük hücresi ısınırsa yukarıda ki bağlantılar yanlış olmuştur bu durumda derhal enerjiyi kapatın aksi halde sensörde ki hassas dirençler zarar görebilir.
• S tipi L tipi gibi kullanım amacına ve ölçüm aralığına göre birçok tipi mevcuttur.
• Yukarı belirttiğim gibi yük hücresi mikro volt üretir bu PIC tarafından algılanamaz bu sebeple bunların yükseltilmesi gerekir. Bunun için INA122 yi kullanacağız

Yük Hücresi için Gerekli Teknik Malzemeler

• Yük Hücresini kullanabilmemiz için bazı malzemelere ihtiyacımız bulunmaktadır. Aşağıda bunları göreceğiz
• Bu malzemelerin aynısı olması gerekmez burada kullanım mantıklarını kavrayıp kendiniz projenize uygun olana karar verebilirsiniz.

Kalibrasyon Ağırlığı

• Kalibrasyon ağırlığı adından da anlaşılacağı üzere kalibrasyon için kullanılacaktır.
• Bu terazilerde kullanılan standart bir ağırlıktır.

• 5kg seçmemin bir sebebi yok zaten sensör 20 kg lık olduğundan ve taşımada kullanmada sorun olmaması için 5 kg bana uygun geldi .
• Piyasada dirhem olarak bulunabiliyor paslanmaz olanları da var ancak fazla maliyetten başka bir anlamı olmaz bizim için

• Önemli: Ağırlıkları kullandıktan sonra yere bırakmayı unutmayın. Elinize yada ayağınıza düşmesi ciddi şekilde kırıklara yol açacağından dikkatli olun.

Taban Plakası

• Görüldüğü gibi yük hücresi büyük bir metal levha üzerinde durmaktadır.
• Çalışma esnasında bağlantı noktalarında gevşeme ve yer yapmadan kaynaklı hataların olmaması için mutlaka metal levha kullanılmalıdır. ( Tercihen st37 olabilir alüminyum da kullanılmamalıdır yumuşak olduğundan ezilebilir)
• 8 mm et kalınlığında kullandım. Bunun için bir hesap yapmadım ancak çok ince olmaması çok faydalı olacaktır çünkü bu plaka yüke maruz kalmaktadır.

• En ve boy ölçüsü size kalmış sensörü tipine uygulama alanına göre değişebilir.
• Taban plakasının da altına isterseniz ayak yapabilirsiniz bu daha dengeli ve düzgün durmasını sağlar.
• En son metal yüzeyleri boyarsanız uzun yıllar sorunsuz bir şekilde kullanabilirsiniz.
• Bu plakayı lazer kesim yapan yerlerden temin edebilirsiniz ellerinde ufak parçalar olabilir eğer kestirecekseniz plazmada kestirmek maliye daha aşağı çeker.

Yükseltme Parçası

• Yük hücresi çalışabilmesi için yük altında esnemesi gerekir. Eğer tabana direk olarak takarsak esnemesine imkan kalmaz.
• Bu sebeple yük hücresi bir tarafından havaya kaldırılmalıdır. Çok fazla kaldırmanıza gerek yoktur bunun için 4-5 mm yeterlidir.

• Yukarıda görüldüğü gibi yük hücresi kablo çıkış tarafından sabitlendi yük ise diğer tarafa binecektir.
• Sabitlemek için 2 adet vida kullanıldı ancak yük hücresinin gövdesi alüminyumdan olduğundan vidaları kesinlikle aşırı sıkmayın yoksa dişlerin bozulmasına sebep olur.

INA122 Yükselteç Entegresi

• INA122 gerçektende oldukça yüksek kaliteli profosyonel bir entegredir.
• Kendi bünyesine gelen mikrovoltları yükselterek PIC gibi MCU lar tarafından algılanabilecek düzeye çeker.
• Çok sabit çalışır ve öyle hassastır ki kalp cihazı, beyin işlevleri gibi sinyalleri kayıt eden cihazlarda kullanılır
• INA122  yük hücresi çalışmasında (-) voltaja ihtiyaç duymaktadır.
• Düzgün ölçüm yapabilmesi için bünyesine aldığı referans voltajının çok sabit olması gerekir bu sebeple AD586 +5V referans entegresini kullanacağız

INA122 Pin İşlevleri

AD586  +5V Referans Entegresi

• +5v referans entegresidir
• Bu entegre de gürültü oldukça düşüktür.
• Çıkış voltajı istenirse ayarlanabilir

• Devreye bağlanırken yukarıdaki gibi SOIC ->DIP çevirici kullanılabilir

AD586 Pin İşlevleri

Yük Hücresi Devresi

• Devrenin genel mantığı anlatmak açısından
  • Yük hücresinden gelen mikrovoltlar INA122 de yükseltilir ve PIC e gönderilir
  • Ancak hem INA122 hemde PIC ADC sinde düzgün sonuç almak istediğimiz için AD586 entegresini referans olarak kullanıyoruz
• Devrede deneme amaçlı bile olsa kablolar parçalar lehimlenmelidir.
• INA122 bozulma ihtimaline karşı soketle takılabilir.
• Yük Hücreleri cep telefonlarından oldukça fazla etkilenir bu sebeple cep telefonunuzu çalışma sırasında uzak bir yerde tutun
• INA122 ve AD586 statik elektriğine karşı hassas olduğundan anti-statik malzeme ile çalışın ( yani anti statik bileklik ve ped üzerinde)
• INA122 nin ayrıca (-5V) a ihtiyacı olduğunu unutmayın. GND eksi voltaj değildir.
• Sistemi pil ile yada smps güç kaynakları ile çalıştırmak daha doğru sonuçlar verecektir.
• Yük Hücresi dinamik yükler için uygun değildir yani üzerine çekiç ile vurup bunun kuvvetini ölçmeye kalkışmayın.
• Yük hücresi üretim kapasitesinin %150 sine kadar bozulmadan dayanır. Kapasitenin %300 e kadar da fiziksel olarak dayanır. Daha sonra kırılır.
• AD586 çıkışı çok düşük amperlerde olduğundan bir güç kaynağı gibi tek başına kullanılamaz bunun için kullanma kılavuzunu okuyun.
• AD586 nın düzgün çıkış verebilmesi için en az +9v ile beslenmesini öneririm en fazlada +36v verilmelidir.

Yük Hücresi Devre Şeması

• RG direnci hesaplaması anlatılacaktır.Bu INA122 kazanç direncidir. (Resistor Gain)
• INA122 girişine AD586 çıkışı bağlanmalıdır. Aynı zamanda PIC harici referans pinine de AD586 çıkışı bağlanacak.
• AD586  +9/+36 V arasında besleme yapılabilir terihen pil yada smps kullanın
• Yük Hücresinin veri uçları ile besleme uçlarının doğru bağlandığından mutlaka emin olun
• Güç kaynağı kullanılacaksa (-) voltaja ihtiyacınız olduğunu unutmayın

Gerekli Malzemeler

Devrenin Yapılışı

• Bu bölümde devre yapılışını ve gerekli hesaplamaları göreceğiz.
• Devrenin kalibrasyonunu yaptıktan sonra projemiz tamamlanmış olacak.

INA122 Rg Direnci Hesaplama

• Rg direnci INA122 kazanç direncidir bu açıdan doğru yolda gidebilmemiz için çok önemlidir.
• Rg direnci bizim istediğimiz ölçüm aralığı ile yük hücresinin sahip olduğu kazancın eşitlenmesini sağlar
• Benim elimde 20 kg sensör olduğunu söylemiştim. Ben en fazla 18 kg ölçüm yapmak istiyorum hesaplarımı buna göre yapacağım.
• Buradaki hesaplama aynı marka model dahi olsa her yük hücresi için yapılmalıdır.

• İlk olarak yük hücresinin veri uçlarını ölçü aletine bağlıyorum ve ölçü aletini milivolt ayarına getiriyorum.
• Yük hücresinin +5 volt ve GND bağlantılarını da yapıyorum

• 5kğ kalibrasyon ağırlığını yük hücresinin üzerine koyup değeri okuyorum .
• Gördüğünüz gibi 1,4 mV gibi bir değer okudu benim yük hücremin kazancı bu oluyor.
• Şimdi hesaplama kısmına gelebiliriz
  • INA122 nin kullanma kılavuzunda bize G=5+200K/Rg formulunu verir.
  • Ben 20 kg lık sensör kullandım ancak 18 kg ölçüm yapmak istiyorum en fazla o halde
    • 5 kg da 1,4mV ise -> 18 kg da kaç mV diyerek oran orantı ile benim için gerekli tepe noktayı buluyorum. 5,04 mV
    • Yani 18 kg da yük hücresinin kazancı 5,04mV tur.
    • Yük hücresinin 0-18 kg da kullanacağım için kazançta 0-5,04mV arasında olacaktır. Bu şekilde tepe noktayı belirledik
  • 5 volt ile çalıştığımız için  5000/5,04= 992,063 benim 5 volttaki kazancım oluyor .
  • Yani şuan formulde yerine koyarsak
    • 992,063=5+200K/Rg şeklindedir
    • 5 i dğer tarafa alarak çıkarıyorum ->987,063 oldu
    • Rg yi yanlız bıraktığımda -> 200000(200k yı ohm a çevirdik)/987,063 = 202 ohm
    • Yaklaşık 202 ohm bizim INA122 için kullanmamız gereken direnç değeridir. Tabi ki bu yük hücresi ve en fazla 18 kg ölçüm için
    • Gördüğünüz gibi sensöre ve sensör aralığına göre değerler değişmektedir.
    • Voltmetre ile yapılan ölçüm ne yazıkki çok hassas değil bu sebeple bu hesap bize bir direnç aralığı vermesi açısından önemli yani biz INA122 de RG yerine 1K lık bir çok turlu trimpot takabiliriz. Böylece hassas ayar yapma şansımız olacak
• Yukarıdaki hesap Rg nin mantığını ve hesabını anlatmak için verildi çünkü internette bir çok devrede sabit direnç takan yada ezbere trimpot koyanlar var ezber sizi bir adım bile öteye götürmez ancak yaptığınızın mantığını kavrarsanız size bir faydası olur.

Devre Kurulumundan Kesitler

• Yukarıdaki gibi devreyi deneme amaçlı delikli pertinaksa kurdum.
• Kablolar ile transfer herzaman sonuçla etkilenme yaratcaktır. Bu sebeple devreden emin olduktan sonra PCB üzerine kurulmalıdır.
• Pinleri karıştırmamak için etiketleme iyi bir çözüm olabilir

• Devrede kolaylık açısından dik trimpotlar kullanmanızı tavsiye ederim çünkü biraz ayar yapılması gerekecek

• AD586 devresi görülmektedir.
• Entegre SOIC tip olduğundan dönüştürücü yardımı ile devreye entegre ettim
• Kondansatör parazitleri yok etmek için kullanıldı
• Yine 10 k çok turlu dik trimpot görülmektedir bu çıkış ayarı için eklendi.

• AD586 nın çıkışı 2 adet yapıldı çünkü 1 adet INA122 ye diğeri ise PIC ADC için harici referans girişine bağlandı
• Bu parçalar arasında olabildiğinde az soket kullanmak daha iyi sonuç verecektir. Lehimlemek her zaman daha garanti bir yoldur.
• 9v ile 36v arasında besleme verilebilir.

Kalibrasyon Yapılması

• Kalibrasyon yapmak için tüm bağlantıları yapmamız gerekmektedir.
• Çalışmaya başlamadan önce AD586 nın çıkışlarını ölçü aleti ile ölçerek üzerindeki trimpottan 5volt çıkış verecek şekilde ayarlayın daha sonra herhangi bir ayarlamaya gerek kalmayacaktır.
• PIC e bir ekran takarak okunan ADC değerlerini ekranda görmeliyiz. Bu değere göre kalibrasyon yapılacaktır.
• Ben kendi GLCD kütüphanemi kullandığım için SAP1024 fonksiyonları bulunmaktadır siz istediğiniz gibi ekranda yazı yazdırabilirsiniz.

PIC için Gerekli ADC Ayarlarının Yapılması

• Yapılacak ayar her PIC e göre değişebilir. Ben 18f4620 kullanıyorum ayarları buna göre yaptım
• İlk olarak INA122 nin gireceği pin Analog giriş olmalı yani ADC olmalı
• Ayrıca daha önceden belirttiğim gibi PIC in referansını kendi beslemesi değil harici bir referans kullanacağım bu sebeple ADCON1 registerini ayarlamam gerekmektedir.

• Yukarıdaki tabloya göre gerekli kodlamayı yapalım

void  main()
{
    unsigned int veri=0;
    char txt[15];
   
    TRISA.RA0=1;//analog giriş yapacağım pin giriş olarak ayarlandı
    TRISA.RA3=1;//Vref+ girişi

    ADCON0=0b00000100;
    ADCON1=0b00010000;
    ADCON2=0b10100011;
    CMCON=7;//komparatörler kapatılı

    SAP1024_INIT(240,128,6);//kendi GLCD kütüphanemi çağırdım
 

    while(1)//sonsuz döngü kurarak sürekli okuma yapacağım   
         {
           ADON_bit=1;
           GO_DONE_bit=1;
           while(go_done_bit);
           veri=(ADRESH<<8)|adresl;
           delay_ms(100);//çok hızlı hareket olmaması için bekleme ekledim
           inttostr(veri,txt);//veriti stringe çevirdim - MikroC Kütüphanesi
           SAP1024_YAZI_YAZMA(10,10,txt);//Veriyi ekranda yazdırdım
         }
}

• Yukarıda görüldüğü gibi gerekli ayarlamaları yaptım.
• Sonsuz döngüye girerek sürekli ölçüm yapacapım
• Normal şartlar altında bekleme koymaya gerek olmayabilir burada değerleri daha ne okumak için bu beklemeyi ekledim
• Şimdi devremizi çalıştırıp sonucu görelim

Kalibrasyon Hesaplamaları

• Yukarıdaki gibi sabit sıfır değeri alıyorsanız devreniz çok iyi durumda demektir.Ancak çoğu zaman oynamalar olacaktır hele ki deneme devrelerinde bu çok can sıksa da normal dir. Bunları çalışma sonlandığında yazılımsal olarak düzenleyebilirsiniz.
• Eğer dalgalanmalar çok fazla oluyorsa besleme güç kaynağını pil yada kaliteli bir smps ile değiştirin dalgalanmaların sebebi şebekeden gelen parazitlerdir.
• Şu anda yük hücresi boşta ve sıfır değeri okuyor
• 18f4620  10 bit çözünürlükte ADC ye sabiptir.
  • 10 bit demek -> 2¹⁰ = 1024 eder
  • Yani bütün veriyi bir pasta gibi düşünürsek bu pastayı 1024 parçaya ayıracaktır.
  • Bu durumda yeni bir değerlendirme ile karşı karşıyayız.
  • Biz ne kadar büyük bir aralıkta ölçüm yapmak istersek o kadar ölçüm hassasiyeti düşecektir.
  • Yani pasta büyüdükçe dilimlerde büyüyecektir. Ben 18 değilde 5 kg ölçmek isteseydim
  • 5 kg/1024 olacaktı ancak şu an 18kg/1024 durumunda . Tasarım yaparken bunu da göz önüne almalıyız.
  • Şimdi 18 kg dan yola çıkarsak demek ki tepe  noktası 1024 (0-1023) o halde 18 kg da 1023 ise -> 5 kg da kaç olmalı
  • 284 değerini buluyorum. Yani 5 kg kalibrasyon ağırlığını yük hücresine koyduktan sonra INA122 üzerindeki trimpottan ayarlama yaparak okunan değeri 284 e getirmeliyim.

• Gerekli ayarlamayı yaptım. Unutmayın ağırlık şu an yük hücresinin üzerinde duruyor .
• Bu şekilde INA122 ile bizim istediğimiz ölçüm aralığını PIC in ADC sistemine uyarlamış olduk
• Adım adım gidiyoruz gördüğünüz gibi.
• En son aşamada ne kadar hassas ölçüm yapıp yapamadığımızı değerlendireceğiz.
• Eğer elimle yük hücresine sonuna kadar bastırırsam en fazla 1023 değeri görebilirim bunu da inceleyelim

Okunan Değeri gr Olarak Hesaplama

• Tepe deger yukarıdaki gibi 1023 tür.
• Şimdi gr başına kaç değeri okunduğunu hesaplayarak ekranda gram olarak değerleri okuyalım
  • 18 kg da 1023 değer olduğunu söylemiştim
  • 1023/18000 = 0,056 değerini buluruz bu bizim katsayımız diyebiliriz
  • Sağlama yapmak için 284/5000 dediğimizde sonuç yine  0,056 dır yani hesaplama doğrudur.
  • Bunu kod olarak ekleyelim

void  main()
{
    unsigned int veri=0;
    char txt[15];
   
    TRISA.RA0=1;//analog giriş yapacağım pin giriş olarak ayarlandı
    TRISA.RA3=1;//Vref+ girişi
    
    ADCON0=0b00000100;
    ADCON1=0b00010000;
    ADCON2=0b10100011;
    
    CMCON=7;//komparatörler kapatılı

    SAP1024_INIT(240,128,6);//kendi GLCD kütüphanemi çağırdım
    

    while(1)//sonsuz döngü kurarak sürekli okuma yapacağım   
         {
           ADON_bit=1;
           GO_DONE_bit=1;
           while(go_done_bit);
           veri=(ADRESH<<8)|adresl;
           delay_ms(100);//çok hızlı hareket olmaması için bekleme ekledim
           //bölme işlemi aşağıda yapıldı
           inttostr((veri/0.056),txt);//veriti stringe çevirdim - MikroC Kütüphanesi
           SAP1024_YAZI_YAZMA(10,10,txt);//Veriyi ekranda yazdırdım
         }
}

• Yukarıda sadece“inttostr” bölümünde veriyi 0,056 ya bölerek göstermesini istedim . Tek değişiklik budur.

• 5kg ağırlığı koyduğumda  yukarıdaki gibi bir okuma yaptım.
• Sürekli söylediğim gibi besleme ve referans çok önemli eğer bunlar kaliteli olursa çok hassas ölçüm yapabilirsiniz.
• Daha önce olduğu gibi yine yük hücresine bastırarak son noktaya kadar getirdim ve sonucu görelim

• Sonuç yukarıdaki gibi 18 kg gibi bir değer çıktı. Daha titiz ve küsuratları da hesaba katılarak işlem yapılırsa çok hassas sonuçlar alınabilir.

Ölçüm Hassasiyeti Hesaplaması

• Hassasiyeti hesaplayacak olursak
  • 0-18 kg arasında ölçüm yapmak için tasarımımızı yaptık
  • PIC en fazla 1024 değerindeydi 10 bit olduğu için
  • Dolayısı ile 18000/1024 = 17 gr hassasiyetinde ölçüm yapabilecektir.
  • Piyasada satılan hassas terazilerin neden hassasiyeti arttıkça ölçüm aralığının azaldığını bu örnek anlamamızı sağladı
  • Yani eğer biz 1kg ölçüm yapsaydık  1000/1024 = 0.9 gr hassasiyette ölçüm yapabilecektik
  • Sonuç olarak hem ölçüm aralığı büyük hemde hassas olsun istiyorsak o  zaman harici 24 bit ADC entegreleri kullanmalıyız
  • Bunu da örnekleyecek olursak 2²⁴ =16777216 değeri elde ederiz. 18000/16777216=0,001 gr hassasiyetle ölçüm yapabilirdik.

Çalışma Video

SONUÇ

• Bir yük hücresi sistemi için nasıl bir hesap ve tasarım yapılması gerektiğini PIC in sınırlarını buna göre yapmamız gerekenleri gördük
• INA122 gibi profesyonel bir entegre kullanımını öğrendik. Bu entegre her türlü ölçümde kullanılabilir termometre devreleri de buna dahildir. Kullanıldığı her yerde kalitesini ortaya koyacaktır.
• AD586 da aynı şekilde yüksek doğrulukta referans sağlar bununda kullanımını gördük.
• Çalışmalarda hassasiyet parçalar kadar güç devrelerine devrenin kurulum şekline bağlı olarak değişecektir tabi ki ne kadar hassasiyet istenirse o kadar titiz çalışılmalıdır.
• Herşeyi yeterli seviyede yaptıktan sonra oluşan sapmaları kullanım alanına göre yazılımsal olarak giderebilirsiniz. Örneğin boşta bekleyip ne kadar sapma oluyorsa en başta bunu veriden çıkartmasını isteyebilirsiniz.
• Devrede görülen “Vin(-)” de olan 1k direnç parazitleri azaltmak için eklendi. Bunun değerini çok yükseltirseniz okuma taban eşiği de yükselir yani 10 gr okuyabilecekken 100 gr dan itibaren okur çünkü direnç ne kadar büyürse geçecek sinyalinde o kadar yükselmesi gerekir düşük direnç parazit gibi etkilerin geçmesine izin vermeyerek bloke eder. Eğer devrenizde bir sorun yoksa daha ufak bir direnç takabilirsiniz.
• Dersin sonuna geldik aklınıza takılan soruları “Soru – Cevap Forumuna ” sorabilirsiniz.

Yararlanılan Kaynaklar

• AD586
• INA122
• pıc18f4620

This post is also available in: English (İngilizce)