THIẾT KẾ CÂN ĐIỆN TỬ VÀ HIỂN THỊ TRÊN MÁY TÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Nguyễn Đức Thành

THIẾT KẾ CÂN ĐIỆN TỬ VÀ HIỂN THỊ TRÊN
MÁY TÍNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: CNKT Điện tử Viễn thông

Cán bộ hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thu Hiền


TÓM TẮT
Tóm tắt: Cân trọng lượng là một nhu cầu cần thiết và không thể thiếu
trong đời sống xã hội, từ người nông dân đến các khu chế xuất, các nhà
máy, xí nghiệp, ... Xuất phát từ nhu cầu thực tế và ứng dụng công nghệ vi
điều khiển các nhà khoa học đã nghiên cứu ra các loại cân điện tử hiển thị
số có thể cân được trọng lượng từ mg đến hàng trăm tấn mà các loại cân
cơ học bình thường không thể thực hiện được. Trên thực tế các siêu thị, các
nơi trao đổi hàng hóa, các nhà máy sản xuất đều muốn biết khối lượng
hàng hóa, sản phẩm hay nguyên liệu một cách nhanh chóng và chính xác,
và kể cả cho các lĩnh vực khác như khoáng sản, bến cảng, trạm cân xe
giao thông, ... đều được sử dụng cân điện tử.
Từ khóa: Load cell, HX711, Arduino.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Xác nhận của GVHD


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế cân điện
tử và hiển thị trên máy tính” là công trình nghiên cứu của riêng em,
không sao chép của người khác. Các số liệu, kết quả trong bài đồ án
là trung thực và chưa được công bố ở các công trình khác. Nếu
không đúng như đã nêu trên, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về
đề tài này.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Người cam đoan


MỤC LỤC
Danh mục hình ảnh..............................................................
Danh mục bảng biểu............................................................
MỞ ĐẦU............................................................................1
Chương 1. Tổng quan về Cân điện tử..................................2
1.1. Tìm hiểu các loại cân điện tử thường dùng.............................2
1.2. Lựa chọn phương án thi công..................................................8
Chương 2. Giới thiệu linh kiện sử dụng................................9

2.1. Cảm biến Loadcell...................................................................9
2.1.1. Loadcell.............................................................................9
2.1.2. Giới thiệu Loadcell sử dụng trong mạch..........................15
2.1.3. Thành phần cấu tạo cơ bản của cân điện tử...................16
2.1.4. Module HX711.................................................................17
2.2. LCD........................................................................................18
2.2.1. Thông số kĩ thuật của LCD..............................................19
2.2.2. Bộ nhớ của LCD...............................................................21
2.2.3. Các chân điều khiển LCD.................................................23
2.3. Các linh kiện khác.................................................................24
Arduino Uno R3..........................................................................24
2.3.1. Một số loại Arduino hiện nay...........................................25
2.3.2. Arduino Uno R3...............................................................29
2.3.3. Atmega328......................................................................33
2.3.4. Lập trình cho Arduino Uno...............................................37
2.4. Giao tiếp với máy tính...........................................................45
Chương 3. Thiết kế và thi công.........................................47
3.1. Sơ đồ khối..............................................................................47
3.2. Sơ đồ nguyên lý.....................................................................47
3.3. Nguyên lý hoạt động.............................................................49


Kết luận và hướng phát triển đề tài..................................52
PHỤ LỤC..........................................................................53
Chương trình chính.......................................................................53
Lập trình cho giao diện.................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................59


Danh mục hình ảnh.

Hình 1.1. Cân bàn điện tử..................................................................2
Hình 1.2. Cân sàn điện tử..................................................................3
Hình 1.3. Cân phân tích điện tử.........................................................3
Hình 1.4. Cân đếm vật liệu................................................................4
Hình 1.5. Cân vàng điện tử................................................................5
Hình 1.6. Cân khối lượng và tính thành tiền......................................6
Hình 1.7. Cân dùng để đo khối lượng oto..........................................7
Hình 1.8. Sơ đồ khối cơ bản của cân điện tử.....................................8
Hình 2.1. Loadcell kiểu điện trở.........................................................9
Hình 2.2. Strain gauge.....................................................................10
Hình 2.3. Điện trở tỉ lệ với lực tác động...........................................11
Hình 2.4. Các strain gauge được bố trí trên loadcell.......................11
Hình 2.5. Strain gauge biến dạng theo thân loadcell......................12
Hình 2.6. Loadcell và strain gauge..................................................12
Hình 2.7. Cầu điện trở Wheatstone.................................................13
Hình 2.8. Loadcell cân bằng............................................................14
Hình 2.9. Loadcell thay đổi..............................................................14
Hình 2.10. Loadcell dạng kéo chữ S.................................................14
Hình 2.11. Loadcell dạng uốn..........................................................14
Hình 2.12. Loadcell dạng nén bề mặt thấp......................................15
Hình 2.13. Loadcell dạng nén hình thanh........................................15
Hình 2.14. Module HX711................................................................17
Hình 2.15. Sơ đồ chân Module HX711.............................................18
Hình 2.16. Sơ đồ chân Wheatstone (loadcell)..................................18
Hình 2.17. LCD 1604........................................................................19
Hình 2.18. LCD 12864.....................................................................19
Hình 2.19. LCD 2004........................................................................19


Hình 2.20. LCD 1602........................................................................19

Hình 2.21. Màn hình LCD 1602 xanh lá...........................................19
Hình 2.22. Sơ đồ chân LCD 1602.....................................................20
Hình 2.23. Vùng nhớ DDRAM...........................................................21
Hình 2.24. Vùng nhớ CGROM...........................................................22
Hình 2.25. Hoạt động chân RS.........................................................23
Hình 2.26. Arduino Due...................................................................25
Hình 2.27. Arduino Mega 2560 R3...................................................25
Hình 2.28. Arduino UNO R3.............................................................26
Hinh 2.29. Arduino Leonardo...........................................................26
Hình 2.30. Arduino Uno R3 SMD .....................................................27
Hình 2.31. Arduino Nano..................................................................27
Hình 2.32. Arduino Pro Micro...........................................................28
Hình 2.33. Arduino Pro Mini.............................................................28
Hình 2.34. Board USB-UART.............................................................28
Hình 2.35. Sơ đồ cấu trúc board Arduino Uno.................................30
Hình 2.36. Sơ đồ chân của Arduino Uno..........................................31
Hình 2.37. Các chân Analog và Digital trên board...........................32
Hình 2.38. Một số linh kiện sử dụng cho board Arduino Uno...........33
Hình 2.39. Atmega328.....................................................................34
Hình 2.40. Sơ đồ chân Atmega328..................................................34
Hình 2.41. Chức năng các bit trong thanh ghi SREG.......................36
Hình 2.42. Giao diện Arduino IDE....................................................37
Hình 2.43. Một số ký hiệu và chức năng trong Arduino IDE.............38
Hình 2.44. Vùng thông báo trong Arduino IDE.................................38
Hình 2.45. Menu File trong Arduino IDE...........................................39
Hình 2.46. Kết nối Arduino Uno R3 với máy tính.............................41
Hình 2.47. Arduino Uno R3 được kết nối với COM3.........................42
Hình 2.48. Chọn board Arduino Uno trong IDE................................42

Hình 2.49. Chọn cổng COM cho Arduino IDE...................................43
Hình 2.50. Xác nhận cổng COM.......................................................43
Hình 2.51. Cửa sổ thiết kế các dòng lệnh........................................44
Hình 2.52. Nạp chương trình xuống Arduino Uno R3.......................44
Hình 2.53. Visual Studio..................................................................45
Hình 2.54. Ví dụ 1 về Visual Basic...................................................45
Hình 2.55. Ví dụ 2 về Visual Basic...................................................46
Hình 3.1. Sơ đồ khối tổng quát........................................................47
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý mạch......................................................47
Hình 3.3. Mô phỏng mạch................................................................49
Hình 3.4. Chỉnh sửa giao diện..........................................................50
Hình 3.5. Hoàn thành giao diện.......................................................50
Hình 3.6. Hoàn thành thi công mạch...............................................51


Danh mục bảng biểu.
Bảng 1.1. Thông số cơ bản của cân bàn điện tử................................2
Bảng 1.2. Thông số cơ bản của cân sàn điện tử................................3
Bảng 1.3. Thông số cơ bản của cân phân tích điện tử.......................4
Bảng 1.4. Thông số cơ bản của cân đếm vật liệu..............................4
Bảng 1.5. Thông số cơ bản của cân vàng điện tử..............................5
Bảng 1.6. Thông số cơ bản của cân khối lượng tính tiền...................6
Bảng 1.7. Thông số cơ bản của cân khối lượng oto...........................7
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật Loadcell 5Kg......................................15
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật của module HX711............................17
Bảng 2.3. Thông số kỹ thuật của LCD 1602....................................19
Bảng 2.4. Chức năng chân của LCD................................................20
Bảng 2.5. Thông số kỹ thuật board Arduino Uno.............................29
Bảng 2.6. Thông số chính của Atmega328......................................34
Bảng 2.7. Một số câu lệnh, cấu trúc thường gặp.............................40

Bảng 2.8. Bảng so sánh với cân thực tế..........................................51


MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ vi điện tử, kỹ thuật
số các hệ thống điều khiển dần được tự động hóa. Với những kỹ
thuật tiên tiến của vi xử lý, vi mạch số được ứng dụng vào lĩnh vực
điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí
chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng hệ thống điều khiển tự
động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước.
Cân điện tử hiện nay là một trong những nhu cầu cần thiết
trong xã hội. Do có tốc độ đo khối lượng nhanh và chính xác, cân
được những khối lượng nhỏ từ vài gam cho đến hàng tấn. Từ những
ưu điểm đó mà cân điện tử được ứng dụng rất phổ biến trong nhiều
loại ngành nghề như: xây dựng – đo vật liệu, vận tải – kiểm tra trọng
lượng xe, khoáng sản – đong đếm khoáng sản thu được, hay trong
những siêu thị, nhà hàng thì dùng loại cân nhỏ để kiểm tra nguyên
vật liệu đầu vào đầu ra, …

10


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÂN ĐIỆN TỬ
1.1. Tìm hiểu các loại cân điện tử thường dùng.
Cân bàn điện tử: So với cân bàn cơ, nhỏ gọn hơn và tính chính
xác cao. Thường được thiết kế từ nhiều chất liệu như nhôm, thép
chống gỉ có tuổi thọ cao, sử dụng cho cả mục đích thương mại và áp
dụng trong sản xuất hàng hóa với khối lượng vừa phải. Cân bàn có
kích thước đa dạng và mức cân khác nhau để phục vụ cân được
nhiều sản phẩm. Cân bàn điện tử ngày nay đa phần là sử dụng

nguồn năng lượng lấy từ pin, dễ dàng sử dụng, màn hình LCD hiển
thị kết quả dễ đọc, bộ xử lý cho ra kết quả nhanh sau vài giây. Cân
bàn trọng tải lớn hay được sử dụng trong các ngành công nghiệp
nặng, các hãng hàng không, ngành cơ khí, hãng chuyển phát nhanh
…

Hình 1.1. Cân bàn điện tử.
Bảng 1.1. Thông số cơ bản của cân bàn điện tử
Mức cân

60 kg, 100 kg, 150 kg - …

Kích thước

300x400 mm, 400x500 mm,
500x600 mm

Quá tải an toàn 125% tải trọng cân
Màn hình

Màn hình LED số sáng rõ

Kết nối

Cổng truy xuất RS-232C

Nguồn điện

Sử dụng pin sạc DC 9V hoặc nguồn
điện AC 110/220V

11


Đơn vị

Kg, Ib

Tự động về 0
Tự động tắt nguồn khi không sử
dụng
Cân sàn điện tử: Là loại cân điện tử được sử dụng trong các
ngành công nghiệp lớn hàng hóa nặng. Cân sàn ra đời để đáp ứng
nhu cầu cân đo khối lượng của những mặt hàng có khối lượng lớn. Và
cân sàn điện tử thiết kế có bánh xe để dễ di chuyển đến địa điểm
khác nhau.
Một số tính
năng

Hình 1.2. Cân sàn điện tử.
Bảng 1.2. Thông số cơ bản của cân sàn điện tử
Mức cân

500 kg, 1000 kg, 2000 kg, …

Kích thước

1x1 m, 1,5x1,5 m, 2x2 m, …

Quá tải an toàn 125% trọng tải cân

Màn hình
Kết nối
Nguồn điện

Màn hình LED dễ quan sát
Cổng truy xuất RS-232C, có thể kết
nối máy tính, máy in, …
Pin sạc DC 6V/ 3.2Ah hoặc nguồn
điện AC 230V

Đơn vị

Ib, Kg, Oz, …

Một số tính
năng

Tự động về không
Tự động tắt nguồn khi không sử
dụng

Cân phân tích điện tử: một dạng cân điện tử dùng cho việc cân
đong đếm, với độ chính xác cao, thường dùng trong các phòng
nghiên cứu, phòng thí nghiệm.

12


Hình 1.3. Cân phân tích điện tử
Bảng 1.3. Thông số cơ bản của cân phân tích điện tử

Mức cân

64g, 110g, 210g, …

Kích thước

160x180 mm, 140x160 mm, …

Màn hình

Màn hình LCD sáng rõ

Nguồn điện

Adapter 12V, 6AAA

Đơn vị

Kg, g, Ib, …

Một số
năng

Tự động tắt nguồn khi không sử
tính dụng
Tự động về không
Chống nước

Cân đếm: Là loại cân điện tử chuyên đếm số lượng hàng hóa,
sản phẩm. Sản phẩm cân đếm điện tử ra đời hỗ trợ đếm được chính

xác tiết kiệm thời gian đếm thủ công và độ chính xác cao. Quá trình
đếm chỉ mất vài phút.

Hình 1.4. Cân đếm vật liệu.
Bảng 1.4. Thông số cơ bản của cân đếm vật liệu

13


Mức cân

1.5 kg, 3 kg, 6 kg, …

Kích thước

275x105x310 mm, 350x325x1055
mm

Quá tải an toàn 150% trọng tải cân
Màn hình

Màn hình LCD sáng rõ

Nguồn điện

Pin sạc DC 6V/ 4Ah hoặc nguồn
điện AC 10/ 230V

Đơn vị

Kg, Ib, g, …
Tự động tắt nguồn khi không sử
dụng
Tự động về không
Đếm số lượng linh kiện, hàng hóa

Một số tính
năng

Cân vàng điện tử: Là loại cân điện tử sử dụng trong ngành sản
xuất và mua bán vàng, trang sức, kim loại quý. Cân có độ sai số cực
kỳ nhỏ, giúp cân chính xác trọng lượng của sản phẩm.

Hình 1.5. Cân vàng điện tử.
Bảng 1.5. Thông số cơ bản của cân vàng điện tử
Mức cân
Kích thước

120 g, 200g, 300g, 400g,
…
128x128 mm, 172x172
mm, …

Màn hình

Màn hình LCD sáng rõ

Kết nối

Cổng truy xuất RS-232A

14


Nguồn điện

AC adapter 9V hoặc pin
4AA

Đơn vị

G, Oz, Ib, …

Một số tính
năng

Thay đổi đơn vị cân
Đếm số lượng
Tự động về không

Cân tính tiền: Là loại cân điện tử dùng trong các siêu thị, cửa
hàng với chức năng chính là cân trọng lượng đồ dùng, thực phẩm và
tính giá thành.

Hình 1.6. Cân khối lượng và tính thành tiền.
Bảng 1.6. Thông số cơ bản của cân khối lượng tính tiền
Mức cân

3kg, 5kg, 10 kg, 15 kg, …

Kích thước

410x483x585 mm,
375x397x128 mm, …

Màn hình

Màn hình LCD sáng rõ

15


Kết nối

Cổng truy xuất RS-232A

Nguồn điện

AC 230V, 50/60HZ

Đơn vị

Kg, Ib, …

Một số tính năng

Tính tiền và in ra phiếu
Tự động về không

Cân ô tô, xe tải : Là loại cân điện tử chuyên dụng cho việc cân

tải trọng của các phương tiện, tính ra được trọng lượng hàng hóa
trên xe, có thể cân được trọng lượng lớn 100 - 800 tấn. Cân thường
được dùng trong các công ty chuyên sản xuất và vận chuyển hàng
hóa. Cân còn được dùng tại các trạm kiểm soát giao thông.

Hình 1.7. Cân dùng để đo khối lượng oto.
Bảng 1.7. Thông số cơ bản của cân khối lượng oto
Mức cân

40 tấn, 60 tấn, 80 tấn, …

Kích thước

8x3 m, 10x3 m, 12x3 m, …

16


Quá tải an toàn

120%-140% trọng tải cân

Màn hình

Màn hình LCD sáng rõ

Kết nối

Chuẩn giao tiếp RS-485 hoặc
RS-232

Nguồn điện

AC 220V, 50 Hz

Một số tính năng

Chống nước, chống rỉ sét

1.2. Lựa chọn phương án thi công.
Mạch cân điện tử cần ba khối chức năng cơ bản là:
-

-

Khối
Khối
hiển
kế).
Khối

cảm biến lực tác động để đo khối lượng vật cần đo lường.
xử lý có nhiệm vụ tính toán, xử lý dữ liệu để đưa đến khối
thị (Khối xử lí do nhà sản xuất hoặc người sử dụng thiết
hiển thị có chức năng hiển thị các thông số đo

Hình 1.8. Sơ đồ khối cơ bản của cân điện tử.
Do đó có một số phương án thi công dùng những linh kiện phù
hợp với các khối chức năng trong cân điện tử như sau:
Phương án thứ nhất:

- Cảm biến Loadcell.
- Vi điều khiển PIC16F877A.
- LED 7 đoạn.
• Phương án thứ hai:
- Cảm biến Loadcell.
- Vi điều khiển 8051.
- LCD
• Phương án thứ ba:
- Cảm biến loadcell.
•

17


-

Vi điều khiển Arduino.
LCD
..........

Cảm biến loadcell là thiết bị đo trọng lượng vật dùng trong
mạch điện tử, đa dạng về tính năng và hình dạng, rất dễ sử dụng
cùng module HX711.
Arduino là một board mạch được tích hợp sẵn vi xử lý chính
cùng các linh kiện điện tử cần thiết giúp mạch có nhiều tính năng và
chạy ổn định. Hiện nay board Arduino Uno được nhiều người sử dụng
và ứng dụng trong rất nhiều mạch điện tử.
LCD, cụ thể là LCD 16x2 rất hay được dùng trong các mạch
điện tử vì LCD có thể hiển thị được cả chữ và số theo yêu cầu người
người sử dụng.

Do vậy, trong mạch cân điện tử ở báo cáo tốt nghiệp lần này,
em sử dụng các linh kiện dùng trong mạch cân điện tử là cảm biến
loadcell, module HX711, Arduino Uno R3, LCD, nút bấm.

18


CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG
2.1. Cảm biến Load cell.
2.1.1. Loadcell.
Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ
biến là loadcell, là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết
tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn
hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết.
Loadcell là một cảm biến hay đầu dò có thể chuyển đổi một tải
trọng hay lực tác dụng vào nó thành một tín hiệu điện. Tín hiệu điện
này có thể là một sự thay đổi điện áp, dòng điện hay tần số tùy
thuộc vào loại loadcell và mạch đo được sử dụng.
Có nhiều loại loadcell khác nhau:
Loadcell kiểu điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực - trở
kháng. Khi một tải trọng, lực, lực căng tác động lên cảm biến, trở
kháng của nó sẽ thay đổi. Sự thay đổi trở kháng này sẽ đẫn đến sự
thay đổi điện áp đầu ra khi một điện áp đầu vào được cấp.
Loadcell kiểu điện dung làm việc dựa trên sự thay đổi của dung
kháng. Đối với tụ điện phẳng có hai bản cực phẳng song song, điện
dung sẽ tỉ lệ thuận với tiết diện bản cực và hằng số điện môi của
chất điện môi nằm giữa hai bản cực và tỉ lệ nghịch với khoảng cách
giữa hai bản cực.
Trong thực tế, phổ biến nhất là các loadcell có sẵn dựa trên
nguyên tắc thay đổi điện trở để đáp ứng với một tải áp dụng. Do đó,

trong bài viết này sẽ nói về loadcell sử dụng điện trở (strain gauge).

Hình 2.1. Loadcell kiểu điện trở

19


“Strain gauge” là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay,
được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán cố định trên
“Load”. Strain gage có cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác
động của lực, tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này.
Strain gauge là thành phần cấu tạo chính của loadcell, bao gồm
một sợi dây kim loại mảnh đặt trên một tấm cách điện đàn hồi.
Để tăng chiều dài của dây điện trở strain gauge, người ta đặt
theo hình ziczac, mục đích là để tăng độ biến dạng khi bị lực tác
dụng qua đó và tăng độ chính xác của thiết bị cảm biến sử dụng
strain gauge.

Hình 2.2. Strain gauge
Ta có công thức:

Trong đó: R là điện trở strain gauge (Ω)
L là chiều dài của sợi kim loại strain gauge (m)
S là tiết diện của sợi kim loại strain gauge (m2)
ρ là điện trở suất vật liệu của sợi kim loại strain
gauge.
Từ đó, ta rút ra tính chất:
-

Khi dây kim loại (S) bị lực tác động sẽ thay đổi điện trở (R).

Khi dây bị lực nén, chiều dài strain gauge giảm, điện trở sẽ
giảm xuống.

20


-

Khi dây bi kéo dãn, chiều dài strain gauge tăng, điện trở sẽ
tăng lên.
Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động.

Hình 2.3: Điện trở tỉ lệ với lực tác động.
Một loadcell thường bao gồm các strain gauges được dán vào
bề mặt của thân loadcell. Thân loadcell là một khối kim loại đàn hồi
và tùy theo từng loại loadcell và mục đích sử dụng loadcell mà
thân loadcell được thiết kế có hình dạng đặc biệt khác nhau và chế
tạo bằng các vật liệu kim loại khác nhau (nhôm hợp kim, thép không
gỉ, thép hợp kim).

21


Hình 2.4: Các strain gauge được bố trí trên loadcell
Các bộ phận tạo nên một loadcell được hiển thị như hình trên.
Ở đây có 4 strain gauges được gắn vào các mặt trên và dưới của
load cell.

Hình 2.5: Strain gauge biến dạng theo thân loadcell
Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho

thân loadcell bị biến dạng (giãn hoặc nén). Làm cho hai trong số
4 điện trở strain gauges là nén, trong khi hai strain gauges còn
lại đang bị căng ra. Điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài (L) và tiết
diện (S) của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân
loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain
gauges (R).

22


Hình 2.6: Loadcell và strain gauge
Mỗi loadcell (cảm biến tải) có một đầu ra độc lập, thường từ 1-3
mV/V. Đầu ra kết hợp được tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra
từng cảm biến tải - load cell. Các thiết bị đo lường hoặc bộ hiển thị
khuyếch đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyển đổi ADC, vi xử lý với
phần mềm tích hợp sẵn thực hiện tính toán và đưa kết quả đọc được
lên màn hình. Đa phần các thiết bị hay bộ hiển thị hiện đại đều cho
phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khác như máy tính hoặc máy in.
Loadcell dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng
(Wheatstone) gọi là cảm biến tải cầu điện trở để chuyển đổi sự thay
đổi tỉ lệ giữa lực căng và điện trở thành điện áp tỷ lệ với tải. Sự thay
đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển
thành số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử
(đầu cân).
Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1,
R2, R3, R4 kết nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và
được dán vào bề mặt của thân loadcell như hình 2.4 và 2.5.

23

Hình 2.7: Cầu điện trở Wheatstone.
Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (góc
(1) và (4)) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai ngõ khác (góc (2)
và (3)).
Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu
ra là số 0 hoặc ≈0 khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị. Khi
có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell
bị biến dạng (giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đổi chiều dài và
tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges dán trên thân
loadcell dẫn đến một sự thay đổi giá trị của các điện trở strain
gauges. Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra. Sự
thay đổi điện áp đầu ra thường rất bé (khoảng 20mV khi đầy tải), để
có thể đo được và số hóa để tính toán thì cần phải khuếch đại tín
hiện mV này lên 0- 5V hay 0- 10V.

Hình 2.8: Loadcell cân bằng.

24


Hình 2.9: Loadcell thay đổi.
Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong
cầu điện trở, do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Ưu điểm chính của
công nghệ này là xuất phát từ yêu cầu thực tế, với những tham số
xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp cho từng ứng
dụng của người dùng. Ở đó các phần tử cảm ứng có kích thước và
hình dạng khác nhau phù hợp với yêu cầu của ứng dụng. Các dạng
cảm biến phổ biến: cảm biến tải dạng kéo (shear), cảm biến tải dạng
uốn (bending), cảm biến tải dạng nén (compression) và cảm biến tải

dạng xoắn (tension), …

Hình 2.10: Loadcell dạng kéo
chữ S

Hình 2.11: Loadcell dạng uốn

Hình 2.12: Loadcell dạng nén bề

Hình 2.13: Loadcell dạng nén

25