Yük Hücresi & HX711: Hassas Tartım Rehberi

Ağırlığı Elektriğe Çevirmek

Elektronik teraziler, endüstriyel tartım sistemleri ve hatta bazı akıllı tartı çözümlerinin arkasındaki temel teknoloji Yük Hücresi (Load Cell)‘dir. Yük hücresi, üzerine uygulanan kuvveti (veya ağırlığı) orantılı bir elektriksel sinyale dönüştüren bir sensördür.

Ancak yük hücresinin ürettiği sinyal çok küçüktür (milivolt düzeyinde). Bu küçük sinyali Arduino gibi mikrodenetleyicilerin okuyabilmesi için bir yükselticiye (Amplifier) ihtiyacı vardır. İşte burada popüler HX711 Yükseltici Modülü devreye girer.

Yük Hücresi (Load Cell) Nedir ve Nasıl Çalışır?

Yük hücresinin kalbinde Strain Gauge (Gerinim Ölçer) adı verilen hassas dirençler bulunur.

1. Yapı: Yük hücresi, genellikle alüminyumdan yapılmış, belirli bir şekilde oyulmuş bir metal bloktur. Bu oyuklar, üzerine ağırlık bindiğinde veya kuvvet uygulandığında esnemeyi, bükülmeyi veya gerilmeyi kolaylaştıran “gerinim bölgeleri” oluşturur.
2. Strain Gauge Bağlantısı: Bu gerinim bölgelerine çok ince metalik folyodan yapılmış strain gauge’ler yapıştırılır. Bu gauge’ler, gerildiklerinde veya sıkıştıklarında direnç değerleri değişen özel dirençlerdir.
3. Wheatstone Köprüsü: Genellikle dört adet strain gauge, bir Wheatstone Köprüsü adı verilen elektriksel bir konfigürasyonda bağlanır. Bu köprü, bir kolundaki dirençteki çok küçük bir değişimi bile büyük bir voltaj farkı olarak algılayabilen hassas bir devredir.
4. Sinyal Çıkışı: Yük hücresinin üzerine bir ağırlık bindiğinde, içindeki strain gauge’ler gerilir veya sıkışır, dirençleri değişir. Bu direnç değişimi, Wheatstone köprüsünün çıkışında milivolt düzeyinde çok küçük bir voltaj farkı yaratır.

Yük hücrelerinin genellikle 4 adet kablosu bulunur (kırmızı, siyah, beyaz, yeşil).

HX711 Yükseltici Modülü: Küçük Sinyali Büyütmek

HX711, yük hücresinden gelen bu zayıf analog sinyali alıp, mikrodenetleyicilerin anlayabileceği dijital bir formata dönüştüren ve aynı zamanda onu yükselten (amplifiye eden) bir 24-bit Analogdan Dijitale Dönüştürücü (ADC) çipidir.

• Yüksek Çözünürlük: 24 bitlik çözünürlük, en küçük ağırlık değişikliklerini bile algılayabilmesini sağlar.
• Programlanabilir Kazanç: Modül, giriş sinyalini 32, 64 veya 128 kat artırabilir. Genellikle 128x kazanç modu kullanılır.
• Basit Haberleşme: Sadece 2 pin (SCK ve DT) üzerinden dijital olarak Arduino ile haberleşir.

HX711 Pinleri:

• VCC: Güç girişi (2.7V – 5.5V)
• GND: Toprak
• DT (Data): Arduino’ya veri gönderen pin.
• SCK (Saat): Arduino’dan gelen saat sinyali pin.
• RATE: Çıkış veri hızı (10 Hz veya 80 Hz) için ayarlama.

Yük Hücresi & HX711 & ESP32 ile Bağlantı ve Kalibrasyon

1. Yük Hücresi – HX711 Bağlantısı: Standart 4 kablolu yük hücreleri için bağlantı şöyledir:
   • Kırmızı: E+ (Güç pozitif)
   • Siyah: E- (Güç negatif)
   • Beyaz: A- (Sinyal negatif)
   • Yeşil: A+ (Sinyal pozitif)

   (Not: Bazı yük hücrelerinde renk kodları farklı olabilir. Kırmızı ve Siyah genelde besleme, diğer ikisi sinyaldir. Doğru bağlantı için veri sayfasına bakılmalıdır.)

2. HX711 – Arduino Bağlantısı:
   • VCC: ESP32 3.3V
   • GND: ESP32 GND
   • DT (Data): GPIO 16
   • SCK (Clock): GPIO 4
3. Yazılım ve Kalibrasyon: HX711.h gibi özel bir Arduino kütüphanesi kullanılır. En kritik adım kalibrasyondur.
   • Sıfırlama (Tare): Sensörün üzerinde hiçbir ağırlık yokken başlangıç değerini sıfırlama.
   • Faktör Belirleme: Bilinen bir ağırlık (örneğin 100 gram) üzerine koyulur. Sensörün okuduğu ham değer ile bu bilinen ağırlık arasındaki oran
     (kalibrasyon_faktörü = ham_değer / bilinen_ağırlık) formülü ile bulunur.
   • Bu kalibrasyon faktörü kullanılarak, sensörün okuduğu ham değerler kolayca gram veya kilograma çevrilir.

Kullanım Alanları:

• Elektronik Mutfak Terazileri: Hassas ağırlık ölçümü.
• Akıllı Tarım: Bitkilerin sulama öncesi/sonrası ağırlık takibi.
• Akıllı Yatak/Koltuk: Kişi varlığını veya ağırlığını algılama.
• İnsansız Hava Araçları (İHA): Yük taşıma kapasitesini izleme.
• Otomatik Dozaj Sistemleri: Belirli bir ağırlığa ulaşıldığında sıvı veya katı madde akışını durdurma.

Önemli Notlar:

• Titreşim ve Gürültü: Yük hücreleri titreşim ve elektriksel gürültüye karşı hassastır. Stabil bir platform ve iyi kablo bağlantıları önemlidir.
• Aşırı Yük: Yük hücrelerinin belirli bir maksimum kapasitesi vardır. Aşırı yüklenmesi kalıcı hasara yol açabilir.
• Tek Yük Hücresi vs. Çoklu Yük Hücresi: Daha büyük veya dengesiz platformlar için birden fazla yük hücresi kullanılabilir. Bu durumda tüm yük hücrelerinin çıkışları birbirine paralel bağlanarak tek bir HX711’e girer.

ESP32 (Arduino IDE) Örnek Kodu

Gerekli Kütüphane: “HX711_ADC by Olav Kallhovd”

//muratdonmez.com.tr

#include <HX711_ADC.h>

const int HX711_DT_PIN = 16;
const int HX711_SCK_PIN = 4;

HX711_ADC LoadCell(HX711_DT_PIN, HX711_SCK_PIN);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("HX711 Yük Hücresi Testi");

  LoadCell.begin();
  LoadCell.start(2000); // 2 saniye stabilize ol

  // Dara (sıfırlama) işlemi
  LoadCell.tare();
  Serial.println("Dara (sıfırlama) yapıldı.");
}

void loop() {
  if (LoadCell.update()) {
    // Ham ADC değerini al (kalibrasyon yapılmamış)
    float rawValue = LoadCell.getData();

    // Gerçek ağırlık için kalibrasyon gerekir.
    // float weight_kg = LoadCell.getUnits();

    Serial.print("Ham Okuma Değeri: ");
    Serial.println(rawValue, 0);
  }
  delay(500);
}

Eğer akıllı ev, IOT projeleri ile ilgili sorularınız veya yapmak istediğiniz bir projeniz varsa, yedek alma ve yedekten dönme planınız veya felaket kurtarma planınız yoksa, işletmeniz için nasıl bir Sunucu, Bilgisayar veya Kesintisiz Güç Kaynağı seçmeniz gerektiğini bilmiyorsanız danışmanlık hizmetlerimden faydalanmak isterseniz bana WhatsApp üzerinden ulaşabilirsiniz.

İlgili Yazılar

• DS18B20 (Dijital Sıcaklık Sensörü)
• DHT11 / DHT22: Doğru Sıcaklık ve Nem Sensörünü Seçme Rehberi
• BME280: 3’ü 1 Arada Yüksek Hassasiyetli Ortam Sensörü
• BME680: Evinizdeki Havayı Kapsamlı Analiz Edin
• BMP388 ve BMP180: İrtifa ve Basınç Sensör Rehberi
• BH1750 Dijital Işık Sensörü: Lüx (Lux) Ölçer Rehberi
• TDS Sensörü: Su Kalitesi ve PPM Ölçer Rehberi
• Anemometre: Rüzgar Hızı Sensörü Nedir, Nasıl Çalışır?

Sık Sorulan Sorular

• Yük hücresi nedir ve ne işe yarar?
  Yük hücresi (Load Cell), üzerine uygulanan fiziksel kuvveti veya ağırlığı elektriksel bir sinyale dönüştüren bir transdüsör (sensör) türüdür. Elektronik teraziler ve tartım sistemlerinde kullanılır.
• HX711 yükseltici neden yük hücresi ile birlikte kullanılır?
  Yük hücresi tarafından üretilen elektriksel sinyal (mV düzeyinde) çok zayıftır. HX711 yükseltici, bu zayıf sinyali alıp 24-bitlik bir ADC ile yükselterek ve dijitale çevirerek Arduino gibi mikrodenetleyicilerin okuyabileceği hale getirir.
• Yük hücresi bağlantısında neden 4 kablo (Kırmızı, Siyah, Yeşil, Beyaz) bulunur?
  Kırmızı ve Siyah kablolar genellikle yük hücresinin içindeki Wheatstone köprüsüne güç sağlamak içindir (Ex + ve Ex -). Yeşil ve Beyaz kablolar ise köprüden gelen zayıf sinyal çıkışlarıdır (Sig + ve Sig -).
• Yük hücresi projesinde kalibrasyon neden önemlidir?
  Her yük hücresinin ve kurulumunun tepkisi farklıdır. Kalibrasyon, sensörün okuduğu ham dijital değeri, bilinen gerçek bir ağırlık birimine (gram, kilogram) dönüştürmek için gereken “kalibrasyon faktörünü” belirlemek için kritik öneme sahiptir.
• Yük hücresi aşırı yüklenirse ne olur?
  Yük hücrelerinin belirli bir maksimum tartım kapasitesi (örneğin 5 kg, 10 kg) vardır. Bu kapasitenin aşılması, içindeki strain gauge’lerin kalıcı olarak deforme olmasına ve sensörün hasar görmesine veya hatalı ölçümler yapmasına neden olabilir.