Este estudio ofrece diseños para una báscula digital de laboratorio de código abierto, de bajo costo y fácilmente replicable, que se puede utilizar como balanza de precisión. El diseño es tal que se puede fabricar para su uso en la mayoría de los laboratorios de todo el mundo con impresoras 3D basadas en extrusión de materiales de clase RepRap de código abierto para los componentes mecánicos y electrónica de código abierto fácilmente disponible, incluido el Arduino Nano. Se fabricaron varias versiones del diseño y se probaron para comprobar su precisión y exactitud para una gama de celdas de carga. Los resultados mostraron que se encontró que la báscula de código abierto era repetible dentro de 0,05 g con múltiples celdas de carga, con una precisión aún mejor (0,005 g) según el rango y el estilo de la celda de carga. La báscula sigue linealmente las básculas de laboratorio patentadas, cumpliendo con el rendimiento especificado en las hojas de datos de la celda de carga, lo que indica que es precisa en todo el rango de la celda de carga instalada. La celda de carga más pequeña probada (100 g) ofrece una precisión del orden de una balanza de masa digital comercial. La báscula se puede producir con un ahorro de costos significativo en comparación con básculas de rango y precisión comparables cuando existe capacidad de serie. Los ahorros de costes aumentan significativamente a medida que aumenta el alcance de la escala y son particularmente adecuados para instalaciones médicas y científicas con recursos limitados.
- El repositorio contiene todo el código fuente de los diseños , el documento contiene instrucciones para el ensamblaje y uso.
- Descarga rápida de STL
- Versión anterior: Balanza digital imprimible en 3D
Ensamblaje de electrónica
Se han recibido algunas solicitudes para obtener instrucciones más detalladas para ensamblar la electrónica en una placa de pruebas para soldar. A continuación se detalla un posible enfoque para cablear esta balanza, que Benjamin utilizó para ensamblar la tercera iteración de esta báscula. La placa de pruebas es una cuadrícula con almohadillas identificables por letras que corren en un eje y números a lo largo del otro eje (muy similar al juego Battleship ). Esto se utilizará para ubicar las piezas en la placa de pruebas. Este diseño se basa en el esquema proporcionado en OSF .
Elementos necesarios
- Placa de pruebas para soldar de 4 cm x 6 cm ( posible fuente )
- Longitudes de 200 mm/8" de par trenzado (es decir, de cable Cat5):
2xVerde / Verde-Blanco1xAzul / Azul-Blanco1xNaranja / Naranja-Blanco1xMarrón / Marrón-Blanco1xAzul / Naranja
- Cable de núcleo sólido de calibre 22 AWG ( posible fuente ):
2x40 mm/1,5" Amarillo1x20 mm/1" verde3x30 mm/1,25" verde1x40 mm/1,5" verde1x25 mm/1" rojo1x45 mm/1,75" rojo4x8 mm/0,25" sin vaina
- Resistencia de 220 ohmios
- Potenciómetro/recortador de 10k ( posible fuente )
- Pines del cabezal hembra ( posible fuente ):
2x15x11x6x11x4x1
- Pines del cabezal macho:
1x4x1
- LCD 16x2 ( Posible fuente )
- NO pulsador
- Termocontracción ( Posible fuente ):
- 1x45mm (cortado a la mitad)
- 3x45 mm
- 5x45 mm
Instalar los pines del cabezal
Suelde los conectores a la placa de pruebas como se indica.
| Tamaño | Posición de la placa de pruebas |
|---|---|
| 15 x 1 | T0 - T14 |
| 15 x 1 | N0 - N14 |
| 6x1 | A4 - F4 |
| 4x1 | B14 - E14 |
| Tamaño | Posición de la placa de pruebas |
|---|---|
| 4x1 | C1-F1 |
Por último, utilice los 4 trozos de cable incoloros para conectar los 4 pines macho del conector a sus 4 pines hembra asociados en el conector 6x1. Los otros dos receptores en el conector hembra (en A4 y B4) no se utilizan, pero se instalan para ayudar a localizar el amplificador HX711.
Instalar el potenciómetro
Los potenciómetros tienen tres pines: 1 (fijo), 2 (limpiaparabrisas/variable) y 3 (fijo). En este conjunto, el pin 1 es GND, el pin 2 es la salida y el pin 3 es Vcc.
- Pin 1 (GND): F7
- Pin 2 (limpiaparabrisas): B8
- Pin 3 (VCC): F9
Instalar cables puente en la placa de pruebas
Para esto se utilizarán todos los cables de núcleo sólido de calibre 22 AWG, excepto los 3 cables verdes de 30 mm. El propósito de estos cables es conectar los pines ya instalados a otros pines ya instalados. Se colocan en una almohadilla junto al pin de interés. El cable adicional debe doblarse para que entre en contacto con la soldadura del pin de interés para que se puedan soldar juntos. En la tabla a continuación, cada puente está etiquetado como Pad to insert into: Pad to solder together.
| Cable | Fin 1 | Final 2 |
|---|---|---|
| Verde 40 mm | E13: E14 | M3:N3 |
| Amarillo 40 mm | D13: D14 | M4:N4 |
| Amarillo 40 mm | C13: C14 | M5:N5 |
| Rojo 45 mm | B13: B14 | M6:N6 |
| Verde 20 mm | L3: M3 | G7: F7 |
| Rojo 25 mm | M14:N14 | G9: F9 |
| 220 ohmios | L14: M14 | I14 |
Conecte el botón con cable
Conectar uno de los pares trenzados Verde/Verde-Blanco a los pines del pulsador, cubriendo el cable expuesto con los 2 trozos de termorretráctil de 1mm. Los otros extremos se unirán a la placa de pruebas en el extremo, ya que esta debe instalarse en su lugar (en la báscula).
Conecte el LCD
La pantalla LCD tiene 16 pines, etiquetados del 1 al 16, donde 1 es VSS y 16 es LED (como se muestra en el esquema ). Se conectará con todos los pares trenzados restantes y los 3 trozos de 30 mm de cable sólido verde de calibre 22 AWG.
- Tome el par trenzado verde/verde-blanco. Conecte un solo extremo de los 3 cables de núcleo sólido a un extremo del cable verde del par trenzado, formando un cable flexible de tres cables. Cubra la unión de soldadura con el termorretráctil de 3 mm. Esto se utilizará para conectar a tierra la pantalla LCD.
- Conecte los tres extremos del cable flexible a los pines 1, 5 y 16 de la pantalla LCD. Conecte el extremo correspondiente del cable verde-blanco al 15. El otro extremo del par trenzado verde/verde-blanco se conectará a la placa para alimentar la luz de fondo de la pantalla LCD.
- Tome el par marrón/marrón-blanco. Conecte el marrón al 14 y el marrón-blanco al 13.
- Tome el par Azul/Azul-Blanco. Conecte Azul al 12 y Azul-Blanco al 11.
- Tome el par naranja/naranja-blanco. Conecte el naranja al 6 y el naranja-blanco al 4.
- Tome el par azul/naranja. Conecte el azul al 3 y el naranja al 2.
- Take the Green/Green-White pair. Connect Green to K3:L3 and Green-White to H14:I14
Without shrinking it, put the 5mm heat shrink around the 4 single-color twisted pairs (leave the Blue/Orange pair free) Do not shrink it yet! It will be used to hold the wires in place and out of the way of the load cell once the board is complete.
Now, time to attach the LCD to the breadboard. Do this keeping in mind how you want the wires to lay in the scale housing (try a dry-fit before cutting wires to length!) The numbering below uses the same convention as installing the jumper wires: insert into the first pad, and solder to the second pad. I also solder the pad that the wire is inserted into for extra strength.
- Take the Orange/Blue pair. Connect Blue to A8:B8 and Orange to F10:F9
- Take the Brown/Brown-White pair. Connect Brown to S6:T6 and Brown-White to S7:T7
- Take the Blue/Blue-White pair. Connect Blue to S8:T8 and Blue-White to S9:T9
- Take the Orange/Orange-White pair. Connect Orange to S10:T10 and Orange-White to S11:T11
With the wires in place and laying properly in the balance housing, go ahead and heat the heat shrink, helping fix their shape and prevent them from contacting the load cell.
Finish Installing the Button
This is the most uncomfortable part of the installation, which is the primary reason for extra length on this twisted pair.
- Feed the Green/Green-White twisted pair from the button through the hole on the face of the balance housing.
- Connect Green to J3:K3 and Green-White to M10:N10
Install the board and LCD
If you haven't already, secure the LCD in its slot on the housing, directing the wires around the boss for the load cell. If any wires rest in contact with the load cell, reliable measurements will be impossible. Secure the breadboard in place, being sure that the USB port on the Arduino Nano (which will go on the 2 sets of 15x1 headers) will be accessible. If the breadboard isn't sitting tightly, secure it down with hot glue on two or three corners.
Finishing Up
This isn't quite complete. Put the Arduino Nano in place on the sets of 15x1 headers, then load on some code to run just the lcd (and print something on it). If using the mass balance code, comment out the initialization of the balance/load cell/HX711, as this will hold everything up (since the HX711 isn't installed yet). This will power up the LCD, but you likely won't be able to see anything. Use a screw driver or knob to adjust the potentiometer. This controls the contrast on the LCD, so adjust it until the text is clearly visible on the display. Once that is set, it won't need to be adjusted again.
Power down, install the HX711 into the other set of female headers, and install a load cell, connecting it to the four male headers on the breadboard.
At this point the scale should be functional! Congratulations, you sunk my battleship!
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