Disseny de dispositiu de lectura de les senyals dels captadors de força, desplaçament i deformacions

Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara TREBALL FINAL DE GRAU TÍTOL: Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. AUTORS: ROBRES GUEVARA, DAVID GERARDO DATA DE PRESENTACIÓ: Octubre, 2024 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara COGNOMS: ROBRES GUEVARA NOM: DAVID GERARDO TITULACIÓ: Enginyeria Mecànica PLA: 2009 DIRECTOR: MUSTÉ RODRÍGUEZ, MARTA DEPARTAMENT: RMEE - Departament de Resistència de Materials i Estructures a l'Enginyeria QUALIFICACIÓ DEL TFG FIGUEROLA ALBORNA, PEREZ GUINDAL, OLIVE DURAN, JORDI ELSA JOAQUIM DATA DE LECTURA: 31/10/2024 Aquest Projecte té en compte aspectes mediambientals:  Sí  No TRIBUNAL PRESIDENT SECRETARI VOCAL Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara RESUM El projecte consta en optimitzar i unificar la recollida de dades de 3 dispositius diferents, que actualment estan donades per un multiplexor (on es recullen fins 8 senyals), un captador de força d’un gat hidràulic (1 senyal), i un captador inductiu LVDT (1 senyal). L’objectiu serà recollir aquestes dades en full Excel, mitjançant la comunicació directa per port sèrie de l'ordinador amb un ESP32, i substituir el multiplexor per circuits HX711. S’utilitzarà el codi necessari de VBA (Visual Basic Applications) per la comunicació d'Excel amb el microcontrolador, i el codi Arduino del ESP32, que recollirà les dades dels diferents dispositius. En total arribaran 5 senyals, 3 provinents d’una galga roseta, 1 provinent del captador de força i 1 provinent del LVDT, que es plasmaran a una gràfica. Paraules clau (màxim 10): Multiplexor Senyal Captador LVDT Excel HX711 VBA ESP32 Arduino Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara ABSTRACT This project consists in optimize and unify the data collection from 3 different devices, that actually are given from a multiplexor (where up to 8 signals are collected), a force sensor from a hydraulic jack (1 signal), and a inductive pickup LVDT (1 signal). The objective will be collecting this data in a Excel sheet with serial communication from the PC and a ESP32, replace the multiplexor with HX711 circuits. The necessary code of VBA (Visual Basic Applications) will be used for the communication of Excel with the microcontroller, and the Arduino code of the ESP32, which will collect the data of the different devices. In total 5 signals will arrive, 3 coming from a rosette gauge, 1 coming from the force sensor and 1 coming from the LVDT, which will be shown on a graph. Keywords (10 maximum): Multiplexor Signal Force Sensor LVDT Excel HX711 VBA ESP32 Arduino Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara SUMARI SUMARI DE SÍMBOLS I ACRÒNIMS ......................................................................................................... 9 1. INTRODUCCIÓ .................................................................................................................................... 8 1.1 Context ............................................................................................................................................... 8 1.2 Objectiu del treball ............................................................................................................................. 8 2. MEMÒRIA ........................................................................................................................................ 10 2.1 Marc teòric ....................................................................................................................................... 10 2.1.1 Multiplexor ............................................................................................................................... 10 2.1.2 Galga extensomètrica ............................................................................................................... 10 2.1.2 Pont de Wheatstone ................................................................................................................. 12 2.1.4 Captador de força ..................................................................................................................... 13 2.1.5 LVDT .......................................................................................................................................... 13 2.1.6 ESP32 ........................................................................................................................................ 14 2.1.7 HX711........................................................................................................................................ 15 2.1.8 Projectes amb microcontroladors ............................................................................................ 16 2.1.8.1 Avantatges ......................................................................................................................... 16 2.1.8.2 Desavantatges ................................................................................................................... 16 2.2 DISSENY DEL SISTEMA ...................................................................................................................... 17 2.2.1 Plantejament del sistema ......................................................................................................... 17 2.2.1.1 Sistema sense cablejat ...................................................................................................... 17 2.2.1.2 Sistema amb cablejat ........................................................................................................ 17 2.2.2 Connexió amb el port sèrie ....................................................................................................... 18 2.2.2.1 Factors a tenir en compte sobre comunicació per port sèrie ........................................... 18 2.2.2.2 Port sèrie per Arduino ....................................................................................................... 18 2.2.2.3 Port sèrie des de Excel ....................................................................................................... 19 2.2.2.3.1 MODCOMM ............................................................................................................... 19 2.2.2.3.2 Mòduls del MODCOMM ............................................................................................ 20 2.2.3 Connexions amb ESP32 ............................................................................................................. 21 2.2.3.1 Connexió de la roseta ........................................................................................................ 22 2.2.3.1.1 Resistències ................................................................................................................ 22 2.2.3.2 Circuit integrat amb la roseta ....................................................................................... 22 2.2.3.2 Connexió amb la cèl·lula de càrrega .................................................................................. 23 2.2.3.3 Integració de ESP32 i HX711.............................................................................................. 23 2.2.3.4 Connexió amb LVDT .......................................................................................................... 25 2.2.3.4.1 Circuït integrat per LVDT amb ESP32 ......................................................................... 26 2.2.4 Prototip complet ....................................................................................................................... 28 2.2.4.1 Esquema de usuari ............................................................................................................ 28 2.2.4.2 Programació Excel VBA ...................................................................................................... 29 2.2.4.3 Programació Arduino (ESP32) ........................................................................................... 31 2.2.4.3.1 Setup .......................................................................................................................... 32 2.2.4.3.2 Loop ........................................................................................................................... 33 2.2.4.3.3 Calibració HX711 ........................................................................................................ 34 2.2.4.4 Esquema electrònic ........................................................................................................... 36 2.2.4.5 Prototip físic ...................................................................................................................... 37 2.2.5 Fulla de Excel ............................................................................................................................ 41 4. PRESSUPOST .................................................................................................................................... 43 4.1 Materials .......................................................................................................................................... 43 4.2 Enginyeria ......................................................................................................................................... 44 5. CONCLUSIONS .................................................................................................................................. 45 5.1 Dificultats i millores futures ............................................................................................................. 45 5.1.1 Port sèrie (obrir port) ................................................................................................................ 45 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 5.1.2 Port Sèrie (velocitat) ................................................................................................................. 46 5.2 Millores d’implementació ................................................................................................................ 46 5.2.1 Hardware .................................................................................................................................. 46 5.2.2 Software .................................................................................................................................... 46 6. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................. 46 ANNEXES ............................................................................................................................................. 48 ANNEX 1. Codi ASCII ............................................................................................................................... 48 ANNEX 2. LVDT MONITRAN Especificacions .......................................................................................... 49 ANNEX 3. TSR 1-2450E 2231 (Convertidor DCDC 5V). Especificacions .................................................. 52 ANNEX 4. Codi Complet VBA (EXCEL) Captura de dades ........................................................................ 53 ANNEX 5. Codi complet VBA (EXCEL) Calibració .................................................................................... 54 ANNEX 6. Codi complet ESP32 (Arduino IDE) ......................................................................................... 56 ANNEX 7. Esquema electrònic complet ................................................................................................. 65 Simbologia esquema electrònic ......................................................................................................... 66 Circuit sense perifèrics ....................................................................................................................... 67 SUMARI D’IL·LUSTRACIONS IL·LUSTRACIÓ 1. ESQUEMA MULTIPLEXOR 2 ENTRADES ............................................................................ 10 IL·LUSTRACIÓ 2. GALGA EXTENSOMÈTRICA ............................................................................................... 10 IL·LUSTRACIÓ 3. RELACIÓ DE LONGITUD I RESISTÈNCIA AL FIL CONDUCTOR DE UNA GALGA .................. 11 IL·LUSTRACIÓ 4. ROSETA ............................................................................................................................ 11 IL·LUSTRACIÓ 5. PONT DE WHEATSTONE ................................................................................................... 12 IL·LUSTRACIÓ 6. CÈL·LULA DE CÀRREGA ..................................................................................................... 13 IL·LUSTRACIÓ 7. ESQUEMA INTERN LVDT .................................................................................................. 13 IL·LUSTRACIÓ 8. ESQUEMA ESP32 .............................................................................................................. 14 IL·LUSTRACIÓ 9. DIAGRAMA DE BLOCS DE HX711 ..................................................................................... 15 IL·LUSTRACIÓ 10. PLACA HX711 ................................................................................................................. 15 IL·LUSTRACIÓ 11. VELOCITAT DE TRANSMISSIÓ SÈRIE ............................................................................... 19 IL·LUSTRACIÓ 12. FUNCIÓ VBA OBRIR PORT .............................................................................................. 20 IL·LUSTRACIÓ 13. FUNCIÓ VBA TANCAR PORT ........................................................................................... 21 IL·LUSTRACIÓ 14. FUNCIÓ VBA LLEGIR PORT ............................................................................................. 21 IL·LUSTRACIÓ 15. FUNCIÓ VBA ESCRIURE PORT ......................................................................................... 21 IL·LUSTRACIÓ 16. RESISTÈNCIA 120 OHM .................................................................................................. 22 IL·LUSTRACIÓ 17. ESQUEMA EASYEDA PONT AMB ESP32 ......................................................................... 23 IL·LUSTRACIÓ 18. ADMINISTRADOR DE LLIBRERIES HX711 ........................................................................ 23 IL·LUSTRACIÓ 19. INICIALITZAR HX711 AMB ARDUINO ............................................................................. 24 IL·LUSTRACIÓ 20. FUNCIONS PER REDUIR LA FREQÜÈNCIA DEL ESP32 ..................................................... 25 IL·LUSTRACIÓ 21. FUNCIÓ ARDUINO LVDT ................................................................................................. 25 IL·LUSTRACIÓ 22. MONITRAN LVDT ........................................................................................................... 25 IL·LUSTRACIÓ 23. GRÀFICA Y = MX + N....................................................................................................... 26 IL·LUSTRACIÓ 24. DIVISOR DE TENSIÓ [12] ................................................................................................ 27 IL·LUSTRACIÓ 25. RESISTÈNCIA VARIABLE .................................................................................................. 27 IL·LUSTRACIÓ 26. CIRCUIT LVDT EASYEDA ................................................................................................. 27 IL·LUSTRACIÓ 27. CODI ARDUINO LVDT ..................................................................................................... 28 IL·LUSTRACIÓ 28. PROCÉS USUARI ............................................................................................................. 29 IL·LUSTRACIÓ 29. DIAGRAMA PROCÉS EXCEL ............................................................................................ 30 IL·LUSTRACIÓ 30. CODI VBA RECOLLIDA DADES ......................................................................................... 30 IL·LUSTRACIÓ 31. CODI VBA IMPRIMIR VALORS A LA FULLA EXCEL ........................................................... 30 IL·LUSTRACIÓ 32. LLIBRERIES ARDUINO IDE ............................................................................................... 31 IL·LUSTRACIÓ 33. AJUSTOS DE HX711 I "ARRAYS" ..................................................................................... 32 IL·LUSTRACIÓ 34. INICIALITZAR LES ESCALES HX711 .................................................................................. 33 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara IL·LUSTRACIÓ 35. ESQUEMA PROCÉS "LOOP" ............................................................................................ 33 IL·LUSTRACIÓ 36. CODI ARDUINO TRANSFERÈNCIA A EXCEL ..................................................................... 34 IL·LUSTRACIÓ 37. MEMÒRIA ESP32 ............................................................................................................ 34 IL·LUSTRACIÓ 38. EEPROM ESP32 I FACTOR DE CALIBRACIÓ ..................................................................... 35 IL·LUSTRACIÓ 39. EXTREURE DADES DE LA EEPROM ................................................................................. 36 IL·LUSTRACIÓ 40. PLAQUES "PROTOBOARD" PER SOLDAR ........................................................................ 37 IL·LUSTRACIÓ 41. CONNECTOR VGA 2 FILES .............................................................................................. 37 IL·LUSTRACIÓ 42. CONNECTORS GX16-3 .................................................................................................... 37 IL·LUSTRACIÓ 43. CONNEXIONS ENTRE HX711 I PONTS DE WHEATSTONE ............................................... 38 IL·LUSTRACIÓ 44. "PROTOBOARD" INFERIOR ............................................................................................. 38 IL·LUSTRACIÓ 45. "PROTOBOARD" SUPERIOR ............................................................................................ 39 IL·LUSTRACIÓ 47. CAIXA AMB CONNEXIONS .............................................................................................. 39 IL·LUSTRACIÓ 48. CAIXA AMB PANTALLA LCD ............................................................................................ 40 IL·LUSTRACIÓ 49. CONNEXIÓ A LA CORRENT ............................................................................................. 40 IL·LUSTRACIÓ 50. DADES EN PANTALLA LCD .............................................................................................. 41 IL·LUSTRACIÓ 51. FULLA EXCEL .................................................................................................................. 41 IL·LUSTRACIÓ 52. NÚMERO COM PORT USB .............................................................................................. 42 IL·LUSTRACIÓ 53. BOTONS DE ACCIÓ EXCEL .............................................................................................. 42 IL·LUSTRACIÓ 54. CASELLA DE PES ............................................................................................................. 43 SUMARI DE TAULES TAULA 1. FUNCIONS CONNEXIÓ SERIE ARDUINO ...................................................................................... 18 TAULA 2. FUNCIONS HX711 ARDUINO ....................................................................................................... 24 TAULA 3. NOMENCLATURA CIRCUIT COMPLET .......................................................................................... 66 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara SUMARI DE SÍMBOLS I ACRÒNIMS Símbol Nom Descripció Usuari Simbolitza una persona que ha de fer funcionar el sistema. Condició A l’esquema del procés, ens indica quin camí es segueix, depenent del resultat de l’acció anterior. Parada Si hagués qualsevol problema amb el codi durant l’execució d’aquest, el sistema es detindria immediatament. Sensor Representa un sensor, com un LVDT, una galga roseta, etc. Excel Full d’Excel on s’escriuen les dades recollides. Següent acció Següent etapa del procés. Procés para·lel Procés paral·lel a l’acció que s’està executant. SDK “Software Development Kit” Entorn de programació específic per cada sistema. VBA Visual Basic Applications Llenguatge de programació orientada a objectes, utilitzada per programar Excel. Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 13 2.1.4 Captador de força El captador de força, consisteix amb un gat hidràulic, connectat a una cèl·lula de càrrega, aquesta és la que s’encarrega de mesurar la força exercida pel gat. Es compon d’un pont de Wheatstone amb galga extensomètrica, i utilitza les deformacions per mesurar la força aplicada. Existeix l’opció de poder calibrar aquest dispositiu, d’aquesta manera, podem determinar una escala de mesures concretes. Per exemple, si tenim un objecte de 10 kg de massa, podem enregistrar el valor que ens dona amb l’objecte, i crear una balança a partir d’aquest valor, també podem obtenir la força que li apliquem multiplicant per la gravetat (9,8 𝑚/𝑠^2). Il·lustració 6. Cèl·lula de càrrega 2.1.5 LVDT Un LVDT (transformador diferencial de tensió lineal), s’utilitza per mesurar desplaçaments lineals a partir del voltatge. [3] Es compon, generalment, d’un tub metàl·lic on l’interior, l’envolten 3 bobines solenoides, per altra banda, un tub més petit conté un nucli que es mou a través de les bobines, a partir del moviment que genera, les bobines donen una tensió de sortida que ens indicarà la posició de la barra interior, d’aquesta manera, i utilitzant l’equació de la recta, podem esbrinar el desplaçament en mm d’una forma precisa. Il·lustració 7. Esquema intern LVDT A l’hora de mesurar el desplaçament, s’ha de tenir en compte la longitud de Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 14 desplaçament màxima que pot arribar el dispositiu, i la tensió màxima de sortida, que es sol donar quan el LVDT està recollit, o sigui en la posició inicial. 2.1.6 ESP32 Un ESP32 és un microcontrolador programable, que té un cost relativament baix, on es poden fer infinitat de solucions, s’utilitza per fer aplicacions en la domòtica, robots, agricultura intel·ligent, automatització de processos, etc. [4] Existeixen molts de tipus de microcontroladors, però el ESP32 compta a vàries funcionalitats ja incloses en la placa, com per exemple, un mòdul Wi-Fi i un mòdul Bluetooth, a part, compta amb un procés de seguretat, que impedeix carregar la placa amb codi si no es prem un botó, aquest protocol pot ser d’utilitat si tenim la placa connectada a internet. Igual que moltes plaques de microcontroladors, el ESP32 processa senyals tan analògiques (senyals constants en temps) com a senyals digitals (cal descodificar-la, però és més precisa), a part de tenir múltiples protocols de connexió per diferents sensors o components. En aquest context, el ESP32 s’encarregarà de rebre tot mena de senyals, provinents dels diferents sensors que estiguin connectats, de les galgues, LVDT, cèl·lula de càrrega, etc. S’haurà de tindre en compte els diferents pins de connexió que conté la placa, i veure quin tipus de senyal és la més adient per cada component. Aquest microcontrolador utilitza l’entorn de programació d'Arduino per poder programarlo. Il·lustració 8. Esquema ESP32 En la il·lustració 8, podem veure un esquema de una placa ESP32 i tots els seus pins de connexió, d’on haurem de connectar tots els sensors externs a la placa. Actualment existeixen nombroses aplicacions amb microcontroladors, el qual demostra la gran utilitat d’aquests. La seva gran avantatge, és el seu cost i el seu alt rendiment en qualsevol àmbit que el volguéssim utilitzar. S’ha de tenir en compte, que a diferència de les plaques Arduino, que donen tensions de sortida de 5 V, el ESP32 dona tensions de sortida de 3,3 V. Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 15 2.1.7 HX711 El HX711 és un mòdul convertidor ADC de 24 bits d’alta precisió, utilitzat per l’amplificació de senyal i poder mesurar les deformacions a partir del voltatge de sortida. [5] Com hem comentat anteriorment, amb un pont de Wheatstone on tenim una galga extensomètrica i 3 resistències conegudes, gràcies a les deformacions que pateix la galga, és crea un canvi en el voltatge de sortida del sistema i en podem determinar la deformació d’aquesta. El problema és que aquests canvis de voltatge són molt petits i necessitem ampliar aquesta senyal per poder treballar amb ella amb la placa ESP32. Per aquesta raó utilitzem un circuit HX711. La funció principal d’aquesta placa és convertir la senyal analògica provinent del pont de Wheatstone i transformar-la en una senyal digital. A part es compon de 2 canals de guany (32 o 128 i 64), d’on podem escollir quin grau d’amplificació de senyal necessitem. [6] Il·lustració 9. Diagrama de blocs de HX711 Il·lustració 10. Placa HX711 Com podem veure a la il·lustració 10 el pont de Wheatstone aniria connectat sobre els punts (E+, E-, A-, A+), i el ESP32 s’encarregaria d’alimentar la placa pel VCC (voltatges des de 2,7V fins a 5V), rebre les senyals pel DT i SCK, i proporcionar la toma de terra pel GND. Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 16 2.1.8 Projectes amb microcontroladors Una de les grans avantatges d’utilitzar microcontroladors per fer un projecte, és el seu fàcil accés, ja que tenen un cost molt baix (el seu preu actualment ronda els 12 euros), i compten amb una immensa llibreria que es poden adequar sensors que tothom pot fer ús, ja que son de hardware i software obert, d’aquesta manera es poden adequar perfectament a les necessitats de cadascú. Per exemple, si necessitem mesurar el Ph del terra, podem utilitzar una sonda de ph, que tindrà les seves llibreries de connexió amb la placa, i podrem treure les dades que necessitem. Seguint aquestes premisses, podem crear un circuit electrònic on podem enregistrar els canvis en la deformació de la roseta connectada a la biga, juntament amb el HX711. Podem rebre la força que s’està aplicant al sistema amb la cèl·lula de càrrega i seguidament, la distància que s’està produint a partir de la força que s’aplica amb el LVDT. Les múltiples connexions que té el microcontrolador ens permeten poder unificar aquestes dades d’una manera relativament fàcil, i només ens caldrà buscar la forma per poder enviar aquestes dades a una fulla Excel. El problema que podem presentar amb aquestes plaques, són la memòria que tenen i el temps de processament per port sèrie. S’ha de tenir especial compte en que si volem emmagatzemar moltes dades, podem tenir un problema amb la memòria (ROM) de la placa, i potser no ens pot cobrir el que necessitem. La placa ESP32 té un mòdul WiFi, on podem crear una bases de dades externa i juntament amb les llibreries específiques per cada sistema HTTPS (connexió web), podem anar enviant dades per al seu posterior processament. Un altre problema que podem tenir son les connexions a la mateixa placa, és possible que necessitem connectar molts de sensors externs i no tinguem suficients connexions, això es pot arreglar connectant dues plaques entre si, però podem tenir temps d’espera més grans, depenent de quina funcionalitat puguem tenir. Per això a nivells industrials se solen utilitzar altres tipus de sistemes. 2.1.8.1 Avantatges 2.1.8.2 Desavantatges Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 17 2.2 DISSENY DEL SISTEMA 2.2.1 Plantejament del sistema Per poder fer el prototip, haurem de tenir en compte de quina forma està plantejat el sistema mecànic exterior, el qual haurem d’estudiar i acollar aquest. Es podria fer d’una forma sense cablejat, ja que, com hem comentat anteriorment, el ESP32 es pot connectar a una base de dades externa, a la qual podem enviar les dades que anéssim recollint, i posteriorment, amb els mètodes HTTP web, podríem fer una descàrrega d’aquestes dades de de l’Excel. El avantatge que tindrem, seria la rapidesa en la que podríem descarregar les dades des de la base de dades i el seu enviament previ. També es podria controlar el prototip des de qualsevol banda on tinguéssim connexió a internet. Inclús, es poden gestionar diversos microcontroladors al mateix temps, indicant una dada des de l’Excel. El problema de fer el prototip d’una manera “wireless”, és que la gestió de la placa ESP32, depèn d’unes credencials per poder connectar-se a una xarxa mòbil, i depenent del lloc on ens trobéssim, hauríem de connectar-la igualment, via USB, a l'ordinador per poder editar aquestes des del SDK. A banda, moltes xarxes Wi-Fi, tenen el seu protocol de seguretat, que podria complicar la seva connexió i, per tant, fer el seu ús menys ergonòmic. En conclusió, podem descartar aquest sistema per fer les proves amb el prototip. Els microcontroladors, tenen una entrada “micro USB” a USB tipus B (estàndard), on la connectem a l’ordenador per poder pujar el codi a la placa, per tant, podem aprofitar aquest sistema per fer la comunicació de dades via port sèrie (bus d’entrada). Els avantatges d’utilitzar el sistema amb cable, són els simples d’aquest mateix, ja que només ens queda connectar-lo i implementar un algoritme que ens serveixi per a l’enviament i rebuda de dades. Un dels problemes que podem trobar en aquest sistema, és la transmissió de dades, ja que el port sèrie de l'ordinador té una velocitat de transmissió de dades màxima de 115000 bits per segon, i un màxim de 4096 de memòria al bus. Tenint en compte aquestes premisses, un sistema per cable serà el més adient per fer el prototip. 2.2.1.1 Sistema sense cablejat 2.2.1.2 Sistema amb cablejat Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 18 2.2.2 Connexió amb el port sèrie Tant per part del full d’Excel, com per part del microcontrolador, necessitem veure de quina forma connectem aquests al port sèrie de l’ordinador. Per poder utilitzar el port USB per intercanviar informació, hem de tenir en compte de quina forma ens comuniquem amb ell, ja que aquest treballa amb codi ASCII, un codi que ens permet l’intercanvi d’informació e interpretar els signes que estem enviant o rebent. Per exemple, si nosaltres escrivim pel teclat de l’ordinador, una A, aquest, el que rep és un número, en aquest cas el 65 (vegeu ANNEX). També podríem utilitzar la funció “String”, d’on directament estaríem enviant una cadena de text de la qual rebríem sense cap classe de traducció. Si utilitzem aquesta funció, hem de tenir en compte que tots els números que rebéseim, serien passats com a cadena de text. Un altre problema a tenir en compte, és que només un programa pot estar utilitzant el port sèrie seleccionat, a l’ordenador, normalment tenim vàries entrades d’USB (COM10, COM20, etc.), si un programa està utilitzant el COM10, cap altre programa podrà accedir a aquest, per tant, abans d’utilitzar-lo haurem de tenir en compte que tenim accés a aquest. Amb Arduino, podem utilitzar les seves funcions estàndard per connectar-lo a l’ordenador. Hem de tenir en compte amb quina velocitat de transmissió ens connectarem al port sèrie. [8] Amb la simple comanda “Serial.begin()”, inicialitzem el port sèrie, i només ens cal indicar la velocitat d’aquest. Existeixen varies funcions per la comunicació serial. Podem utilitzar funcions per veure si tenim alguna informació rebuda pel port sèrie (“Serial.available()”), funcions per transformar la informació a bytes, o a cadena de text (“Serial.parseFloat()”). Podem veure alguns exemples de funcions “serial”. Taula 1. Funcions connexió sèrie Arduino Serial.begin() Inicialitzar port sèrie. Serial.end() Finalitzar connexió amb port sèrie. Serial.read() Llegir dades del port sèrie. Serial.write() Escriure dades al port sèrie. 2.2.2.1 Factors a tenir en compte sobre comunicació per port sèrie 2.2.2.2 Port sèrie per Arduino Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 19 Per seleccionar la velocitat de transmissió de dades, podem veure aquestes opcions extretes de SDK Arduino: Il·lustració 11. Velocitat de transmissió sèrie Normalment seleccionarem la velocitat de 9600, ja que si ens passem de velocitat, podem tenir problemes de desbordament perquè el port sèrie no pugui processar tanta informació de cop. Per poder gestionar el port sèrie des de l’aplicació d’Excel, necessitarem conèixer de quina mena VBA gestiona aquesta part. En el nostre cas, utilitzarem un mòdul extern, d’on utilitzarem diverses funcions per dur a terme la comunicació. ModComm és un mòdul de VBA utilitzat per gestionar el bus sèrie. Aquest funciona llegint o enviat dades al buffer del port sèrie. El mòdul ha sigut creat per David M. Hitchner. I es pot descarregar des de la seva pàgina web. Compta amb diverses funcions que podem utilitzar per poder comprovar que aquesta connexió es faci correctament. [7] 2.2.2.3 Port sèrie des de Excel 2.2.2.3.1 MODCOMM Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 20 Primer, es comprova que el port estigui obert, ja que si no, no es podria accedir a ell. Un cop tenim el port obert, s’ha de buidar el buffer que hi ha, per si hi hagués alguna dada emmagatzemada. Finalment, ja podrem començar la gestió d’enviament de dades o rebuda. Per al funcionament del prototip, s’utilitzaran 4 funcions integrades al ‘ModComm’, que son les següents. Obrir el port Obrim el port USB perquè estigui disponible amb aquesta funció: Il·lustració 12. Funció VBA Obrir port Li hem de passar 3 paràmetres: - ‘IntPortID’, aquesta variable emmagatzema el ID del port que anem a utilitzar, per exemple, si tenim el port COM10 connectat al microcontrolador, haurem de indicar el número 10 en aquesta variable. Per poder canviar aquesta variable, podem indicar, posteriorment una cel·la a la fulla d’Excel d’on treure-la. - ‘strPort’, dins d’aquesta variable fiquem també el port. L’ID que hem ficat anteriorment (‘IntPortID’) seguit de la paraula COM. La variable quedaria de la següent manera: ‘“COM” & CStr (PortID)’, la funció CStr transforma l’argument que li estem passant (ID del port) a tipus cadena de caràcters. - ‘strSettings’, en aquest paràmetre, passarem la velocitat de transmissió de dades al port sèrie i el nombre de bits que s’han de llegir. La variable quedaria de la següent forma : “baud=9600 parity=N data=8 stop=2”, amb baud indiquem la velocitat de transmissió, amb data els bits de memòria que té el port sèrie. [9] En el cas de “parity”, és un bit que s’agrega als anteriors per comprovar la seva validesa, es a dir, per comprovar que els bits que s’estan llegint són correctes. Tancar el port Aquesta funció s’utilitzarà una vegada haguem acabat el procés de lectura de dades o l’enviament d’aquestes. 2.2.2.3.2 Mòduls del MODCOMM Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 21 Il·lustració 13. Funció VBA tancar port En aquest cas, tan sols hem de passar una dada, que, com l’anterior funció ens indica l’ID del port al qual estem connectats. Llegir dades Per poder registrar les dades que es troben al bus sèrie de l’ordenador, necessitem aquesta funció. Il·lustració 14. Funció VBA llegir port Per poder llegir dades, necessitarem definir 3 variables. La primera variable, és el ID del port on estem connectats, igual que hem comentat anteriorment. - ‘strData’, en aquesta variable, s’emmagatzemen totes les dades que es van llegint al port. Posteriorment, podem anar emmagatzemant aquestes dades en una “array” (llista de variables). - ‘lngSize’, l’última variable, ens definirà la quantitat de bytes màxims que anirem llegint al bus de sortida del port sèrie, habitualment es definirà 1024. Escriure al port Per començar a capturar les dades, haurem d’enviar un senyal a Arduino perquè pugi començar a treballar. En aquest cas, s’utilitzarà la funció d’escriure al port sèrie. Il·lustració 15. Funció VBA escriure port Igual que en les funcions anteriors, el primer paràmetre que necessitem indicar es el número del port de connexió, al qual tenim acollat el microcontrolador. - ‘strData’, igualment que la funció de llegir el port, en aquest cas li haurem d’indicar la informació que volem passar al port sèrie, ja sigui una cadena de text, un número, o algun símbol. Si passem qualsevol cosa diferent a una cadena de text, haurem de traduir amb el codi ASCII per poder fer la lectura correcta de la informació. 2.2.3 Connexions amb ESP32 Una vegada ja coneixem de quina forma ens podem comunicar amb l’Excel, des del ESP32, podem dissenyar el sistema electrònic que formarà el prototip. Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 22 Per crear el circuit hem de tenir en compte els diferents components que compon part d’aquest. En primer lloc, tenim una roseta, que es construeix per 3 galgues extensomètriques. Per tant, per cada galga, haurem de crear un pont de Wheatstone amb resistències d’un valor conegut. Aquestes haurien de tenir molt poca tolerància per poder captar bé les microdeformacions del material. Cada pont anirà connectat a un circuit HX711 que ens permetrà fer la lectura d’aquest. Seguidament, tenim una cèl·lula de càrrega, que també anirà juntament amb un HX711, d’on transformarem la seva senyal per poder enregistrar la força que s’està aplicant. Finalment, tindrem un LVDT, per aquest, haurem de tenir en compte a quin voltatge funciona i quin rang de voltatges dona com a sortida, ja que, com s’ha comentat anteriorment, el ESP32, treballa amb voltatges no superiors a 3,3 Volts. Al tenir 3 galgues formant la roseta, necessitarem 3 resistències de baixa tolerància (valors més precisos) per cada una. En total necessitarem 9 resistències. Les resistències que s’utilitzaran son, resistències de 120 Ohms amb un 0,1% de tolerància i 0,25 W. Les resistències són les següents: 807-3722 Sèrie UPF25. Aquestes resistències tenen una alta precisió, per tant, els valors que obtinguem de les galgues seran els més precisos. Il·lustració 16. Resistència 120 Ohm El circuit, per a un sol pont de Wheatstone, quedaria de la següent manera: 2.2.3.1 Connexió de la roseta 2.2.3.1.1 Resistències 2.2.3.2 Circuit integrat amb la roseta Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 29 Il·lustració 28. Procés Usuari Tant la fulla d’Excel com l’ESP32 estaran connectats entre si mitjançant el port sèrie “serial com”. Quan l’Arduino rebi la senyal de registre, començarà a enregistrar les dades durant 90 segons. Emmagatzemarà aquestes dades i posteriorment les enviarà a l’Excel amb un format tipus “CSV” (arxiu delimitat per comes) , és a dir, cada valor estarà separat per un punt i una coma “;”. Tot el procés s’executarà amb una sola acció. Per començar, necessitarem comprovar que el port estigui operatiu. Un cop tinguem el port operatiu, haurem d’enviar un senyal a l’ESP32, en aquest cas, enviarem un 0 (48 al codi ASCII) perquè comenci el procés. Mentre el ESP32 estigui prenent dades, necessitarem que l’Excel es quedi en mode d’espera, fins que li arribi un senyal per poder reprendre el procés. Una vegada el procés de presa de dades hagi finalitzat, llavors només caldrà anar rebent, en forma de cadena de caràcters, paquets de dades d’entre 1000 a 1024 caràcters de longitud. En aquest punt, l’Excel anirà recollint aquestes dades i creant una variable on les emmagatzemarà. Quan acabi el procés, es farà un “Split” (separar els valors) de la variable CSV. En total, haurem de fer una separació de 6 variables, 5 correspondran a les dades recollides, i la sisena, correspon a una “Array” que completa l’ESP32 per dir que el procés d'enviament ha finalitzat. Posteriorment, es col·loquen a les diferents columnes que tinguem assignades. Un exemple de la rebuda de les dades seria: [13.34;1234534;1324345;1423455;25;;] Aquesta seria una sola dada de cada sensor, primer la del LVDT, seguidament la dels 3 ponts de Wheatstone, i finalment la de la cèl·lula de càrrega (Newtons) i la variable buida que només es plena quan tenim la última dada. 2.2.4.2 Programació Excel VBA Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 30 Il·lustració 29. Diagrama procés EXCEL Una vegada arribem a la part de recollir les dades, s’aniran recollint aquestes, mentre que no ens arribi una “H” per port sèrie, en cas de que ens arribi un “H”, significarà que no hi ha més dades a enregistrar. Il·lustració 30. Codi VBA recollida dades La variable “almacenador” anirà guardant totes les dades. La variable “datos” són les cadenes de caràcters d’entre 1000 a 1024 de llargada, que es van llegit pel port sèrie. Il·lustració 31. Codi VBA imprimir valors a la fulla Excel Un cop tenim totes les dades a una variable, utilitzem la funció “Split”, per separar tota la “Array”, del punt i coma. Netegem totes les dades que puguin haver-hi al full d’Excel, a les columnes que tenim Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 31 assignades, i anem introduint, per ordre, les dades que hem separat anteriorment a la seva respectiva columna. S’ha de tenir en compte que sempre s’ha d’utilitzar el mateix ordre de columnes, ja que si el canviem, llavors no ens quadrarà i haurem d’editar el codi. Per començar amb l’ESP32, primer instal·larem les llibreries que ens calguessin. En aquest cas, necessitarem les de la pantalla LCD i les dels mòdul HX711. Il·lustració 32. Llibreries Arduino IDE Amb la comanda “LiquidCrystal_I2C” definim a quina adreça I2C es troba connectada la pantalla “LCD” (0x27). Aquesta determina a quin canal del pin I2C en troba per rebre les dades que li diguem a través del codi, ja que als pin I2C s’hi poden connectar múltiples sensors i, per tant, necessita un canal específic [14]. També utilitzem la comanda per indicar les mides d’aquesta, en aquest cas, 20 columnes i 4 files. Abans de començar amb el “setup”, podem configurar les escales dels mòduls HX711, de la següent manera: 2.2.4.3 Programació Arduino (ESP32) Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 32 Il·lustració 33. Ajustos de HX711 i "Arrays" Seguidament, definim les variables que emmagatzemaran cada valor dels sensors. També definirem a quins pins tindrem connectats els mòduls HX71. Aleshores podem inicialitzar les escales. 2.2.4.3.1 Setup Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 33 Il·lustració 34. Inicialitzar les escales HX711 Inicialitzem el port sèrie, a una velocitat de transmissió (canal) 9600 bauds, encenem la pantalla “LCD” (lcd.init()), i connectem la llum d’aquesta. Seguidament, baixem la freqüència del ESP32 (com s’ha parlat al punt 3.3.4) i inicialitzem les escales del HX711 indicant, per cada una, els pins respectius definits anteriorment. Finalment, calibrem les escales, i ja podem començar amb el “loop”. Il·lustració 35. Esquema procés "Loop" Mentre no es rebi ninguna dada de l’Excel podrem veure en pantalla, les dades que van entrant pels sensors. Quan es rep el “0”, a través del port sèrie, comença el procés de lectura de dades. Per cada sensor, es recullen 1000 dades, que s’envien posteriorment a l’Excel per blocs de fins 1024 bits. 2.2.4.3.2 Loop Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 34 Il·lustració 36. Codi Arduino transferència a Excel Durant el procés la pantalla “LCD” anirà mostrant les dades que es van llegint, tant del LVDT com de la cèl·lula de càrrega. Per mida no cabrien totes les dades dins la pantalla. Quan el procés finalitzi, sense cap impediment, es pot tornar a inicialitzar des de l’Excel. Per l’HX711 que tenim connectat a la cèl·lula de càrrega, al tenir que mesurar la força que estem aplicant, necessitem calibrar-lo amb un pes conegut. El procés s’iniciarà també des de l’Excel. Per procedir, necessitem un objecte del qual coneguem el pes. El procés es el següent: - Quan per la pantalla LCD, s’indiqui que es necessita col·locar l’objecte damunt de la cèl·lula de càrrega, el col·loquem. - Seguidament, el microcontrolador prendrà una mesura del valor que dona la cèl·lula amb el pes. El dividirà per la massa de l’objecte. 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑐𝑖ó = 𝑙𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑒𝑠 (𝑔) Aquest factor s’emmagatzemarà a la memòria interna (ROM) del microcontrolador per ser utilitzat sempre i no haver de calibrar el dispositiu més d’un cop. Comanda Arduino per emmagatzemar dades a la EEPROM: Il·lustració 37. Memòria ESP32 El primer valor determina la direcció de la memòria que anem a escriure, i el segon valor, indica el contingut que anem a escriure. En el cas de la il·lustració 37, emmagatzemaríem la variable “memòria” a la direcció 30 de l’ESP32. 2.2.4.3.3 Calibració HX711 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 35 Ja que la EEPROM (memòria interna) de l’ESP32 no pot emmagatzemar decimals ni números superiors a 255, haurem de treure la part entera i la decimal del factor de calibració i emmagatzemar-la a diferents direccions de memòria. La part entera la dividirem per unitats i la part decimal la guardarem sencera. Per exemple, si tenim el factor de calibració ‘1223.34‘, separarem el 1223 del 34. Amb el 1223 el separarem i guardarem a diferents espais de memòria de l’ESP32: 1 – EEPROM(0, 1) 2 – EEPROM(1, 2) 2 – EEPROM(2, 2) 3 – EEPROM(3, 3) 34 -EEPROM(4, 34) Il·lustració 38. EEPROM ESP32 i factor de calibració Com podem observar a la il·lustració 37 transformem el valor a una variable tipus text, per poder manipular-lo i dividir-lo en dues parts. Seguidament, la part entera es separa per nombres amb una sola unitat i s’emmagatzemen a les direccions de memòria corresponents. La part decimal, es guarda a la següent direcció de memòria que quedi lliure. A l’hora de capturar les dades, per treure aquests valors (factor de calibració) i dir-li quina escala ha d’utilitzar el HX711, els traurem la part “setup” del codi. Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 36 Il·lustració 39. Extreure dades de la EEPROM Si la direcció de memòria no està buida extraiem els valors emmagatzemats anteriorment. La variable “cadena_memoria” (Il·lustració 39) ens diu quantes direccions de memòria hem ocupat, seguidament es van llegint aquestes fins reconstruir el factor de calibració. Finalment es calibra el captador de força amb aquest factor. Tot el procés de calibració s’inicia quan el port sèrie rep un nombre diferent a “0”, que serà el pes que tinguem especificat a la fulla d’Excel. Per l’esquema complet, s’han utilitzat plaques de “protoboard” per soldar, on els pins en fila, estan connectats entre si, d’aquesta manera podem fer menys unions amb estany com hauríem de fer amb una placa de “topos” convencional. 2.2.4.4 Esquema electrònic Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 37 Il·lustració 40. Plaques "protoboard" per soldar Tots els HX711 estan connectats a GPIO del ESP32. Tres d’aquests HX711 estan connectats a pins de “banana” per poder connectar les galgues que formen part de la roseta externament. El HX711, que pertany a la cèl·lula de càrrega, està connectat a un connector VGA, utilitzant els 4 primers pins. Il·lustració 41. Connector VGA 2 files El LVDT, el connectarem a un endoll GX16-3, d’aquesta manera el podrem endollar i desendollar amb facilitat del circuit, tindrem un mascle al LVDT i la femella connectada al sistema. Il·lustració 42. Connectors GX16-3 El ESP32, tot i que s’alimentarà per un port USB també el connectarem al pin d’alimentació de 5 Volts. Als annexes es pot trobar l’esquema del sistema complet (esquema electrònic complet), fora de la fulla s’han representat els perifèrics que es connecten al circuit externament. Per dissenyar el prototip hem de tenir en compte: - Els circuits que s’han de soldar. - Les dimensions de la caixa on anirà . - Les connexions externes a aquesta. 2.2.4.5 Prototip físic Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 38 En aquest cas s’ha distribuït en dos pisos de “protoboards”: - Al primer pis, tindrem el microcontrolador amb la resistència variable per LVDT i el convertidor DC-DC a 5V. - Al segon pis, els circuits HX711 amb els ponts de Wheatstone (resistències 120 Ohms). Il·lustració 43. Connexions entre HX711 i ponts de Wheatstone Il·lustració 44. "Protoboard" inferior Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 45 5. CONCLUSIONS Una vegada ja hem finalitzat la implementació del prototip, i fetes algunes proves amb diferents sensors, podem dir que s’han assolit els objectius i s’ha arribat a les següents conclusions: - S’ha aconseguit un sistema per millorar i implementar pràctiques noves en les assignatures de Resistència de Materials i Estructures i Instal·lacions Industrials. - És possible obtenir, per a un període de temps específic, les mesures de les galgues rosetes, LVDT i la cèl·lula de càrrega. - En comparació a tenir el sistema amb un multiplexor, per prendre les dades de les rosetes, és molt més senzill tindre la implementació amb Excel i Arduino. - La velocitat de transmissió del port sèrie, juntament amb Excel, no pot ser molt ràpida per problemes de desbordament, o sigui, que vagi més ràpid la transmissió de dades, que les que pot anar recollit el codi VBA. - Existeixen moltes llibreries d’Arduino que ens ajuden a fer la implementació d’aquests sensors més senzilla. - Es requereix una inversió monetària inicial que ronda els 150 € (materials) per crear el prototip, però el cost és relativament baix. - Depenent dels coneixements del lector, tot i que les connexions electròniques que es necessiten perquè el sistema funcioni son senzilles, poden tenir problemes amb les connexions i pot haver risc de cremar el microcontrolador si es creua algun cable. - Amb les dades que es recullen, gràcies a tenir una fulla d’Excel, podem tractarles de moltes formes possibles. Com per exemple afegint fórmules, gràfiques, etc. 5.1 Dificultats i millores futures 5.1.1 Port sèrie (obrir port) Unes de les dificultats que s’han trobat en el disseny, ha sigut l’intercanvi d’informació d’Arduino a Excel i viceversa. El port sèrie de l’ordinador és delicat, i moltes vegades, si s’està manipulant aquest per qualsevol cosa, com per exemple, muntant codi al microcontrolador, llavors, es bloqueja per qualsevol altra cosa que vulguem fer i desllibertar-lo pot arribar a ser un problema. Moltes vegades es feien canvis al codi i es muntava, a l’hora d'obrir el port des de Excel, donava problemes d’accés a aquest. Per solucionar això s’havia de desconnectar del port USB, esperar una estona, tancar l’entorn d’Arduino i Excel, i llavors, no donava cap problema. Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 46 Si només s’obre l’Excel i seguidament, s’inicia el codi, no tindrem cap problema 5.1.2 Port Sèrie (velocitat) Un altre problema que podem tenir, és la velocitat de transmissió de dades, com s’ha parlat al disseny, només podem enviar 1024 dades de bits com a molt, i quan tenim 1000 dades i enviant per blocs, pot tardar una bona estona, en aquest cas, pot tardar fins 2:30 minuts. Aquest problema, té millora, però pot ocasionar problemes d’espera per poder començar a tractar les dades. 5.2 Millores d’implementació El prototip funciona i es pot utilitzar per estudiar el comportament de diferents estructures, així com la resistència dels materials d’aquestes. Tot i això es poden fer millores de “hardware” i “software”, comentades a continuació, per optimitzar el seu funcionament. 5.2.1 Hardware Respecte al “Hardware”, o sigui el disseny material del prototip, es pot millorar les connexions a aquest, per exemple, traient el cable d’USB i fer la transferència de dades mitjançant mètodes HTTP, que funcionen amb connexió a internet. També es podrien col·locar més pantalles, per poder observar totes les dades de cop. També es podria substituir el ordinador per un USB i que les dades es converteixin en un arxiu de tipus CSV, per després poder inserir-lo a l’Excel. D’aquesta manera tindríem un lloc de treball amb menys connexions i sense utilitzar connexions a internet. 5.2.2 Software Pel que fa a la part de codi, millorar la velocitat de transmissió de les dades podria ser una millora considerable. Per exemple, transformant totes les dades a bits, o intentar reduir, d’alguna forma la mida de les dades preses. Tenint les dades com tipus text (model actual) ens ocupa molta memòria. Es podria, també, substituir el mòdul de VBA que utilitzem per a algun altre mètode on es puguin recollir les dades a mesura que es van tenint. Actualment està separat per problemes de saturació dels dos codis (VBA i Arduino). Primer es prenen les mesures i després s’envien a l’Excel. 6. BIBLIOGRAFIA Llibres Francesc Roure Fernández, Mateu Martín Batlle, Jesús Sanz Rubies (1992). Extensometria I. Galgues extensomètriques. Edicions UPC, 1998. [2] Fransesc Roure Frenández, Mateu Martín Batlle, Jesús Sanz Rubies (1992). Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 47 Extensometria II. Mesuraments. Edicions UPC, 1998. [2] Webs Multiplexores Comerciales. Universidad de Cantabria. [1] https://personales.unican.es/manzanom/planantiguo/edigitali/muxg7_09.pdf LVDT (transductor de desplazamiento linear variable). Omega. [3] https://es.omega.com/prodinfo/sensorLVDT.html#:~:text=Un%20LVDT%20es%20un%20dispositivo,se%C3%B1ales%20el% C3%A9ctricas%20variables%2C%20y%20viceversa. ESP32. ESPRESSIF. [4] https://www.espressif.com/en/products/socs/esp32 Transmisor celda de carga HX711. Nylamp Mechatronics. [5] https://naylampmechatronics.com/blog/25_tutorial-trasmisor-de-celda-de-carga-hx711balanza-digital.html Building an electronic weight scale using a loadcell sensor. Massimo’s personal blog. [6] https://addictek.com/en/2019/12/19/weightscale/ The Scarms. Biblioteca de API VB (ModComm). [7] https://www.thescarms.com/vbasic/CommIO.aspx Arduino CC reference, Arduino CC. [8] https://www.arduino.cc/reference/en/ Parity bits. IBM. [9] https://www.ibm.com/docs/en/aix/7.2?topic=parameters-parity-bits ESP32 with loadcell and HX711. Random Nerds Tutorials. [10] https://randomnerdtutorials.com/esp32-load-cell-hx711/ HX711. GitHub. [11] https://github.com/bogde/HX711?tab=readme-ov-file#how-to-calibrate-your-load-cell Divisor de tensión. Hardware Libre [12] https://www.hwlibre.com/divisor-de-tension/ AZDelivery. ESP32 https://www.az-delivery.de/es/products/esp32-developmentboard I2C Addresses and Troublesome Chips. Adafruit [14] https://learn.adafruit.com/i2c-addresses/overview Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 48 ANNEXES ANNEX 1. Codi ASCII Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 49 ANNEX 2. LVDT MONITRAN Especificacions Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 50 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 51 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 52 ANNEX 3. TSR 1-2450E 2231 (Convertidor DCDC 5V). Especificacions Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 53 ANNEX 4. Codi Complet VBA (EXCEL) Captura de dades Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 54 ANNEX 5. Codi complet VBA (EXCEL) Calibració Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 61 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 62 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 63 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 64 Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 65 ANNEX 7. Esquema electrònic complet Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 66 Simbologia esquema electrònic Taula 3. Nomenclatura Circuit Complet Figura Nom U1 ESP32 (microcontrolador) U2 Font alimentació 24V U3 a U11 Resistències 120 Ohms U12 a U15 Mòduls HX711 U16 a U18 Galgues extensomètriques U19 a U20 Connexions Banana U21 Convertidor DC DC a 5V U23 a U26 Connexions Banana U27 Connector VGA U28 Connector GX16-3 U29 Mòdul HW-061 amb pantalla LCD Disseny de dispositiu de lectura de les senyals de captador de força, desplaçament i deformacions. David Gerardo Robres Guevara 67 Circuit sense perifèrics