PFG JOSE ALBERTO BUDIA ALVAREZ

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS Y ENERGÍA
Titulación: GRADUADO EN INGENIERÍA DE LA ENERGÍA
Especialidad: TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS
PROYECTO FIN DE GRADO
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ENERGÉTICA
INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN DE UN BANCO DE ENSAYO CON
MOTOR DIESEL CON FRENO HIDRÁULICO
JOSE ALBERTO BUDIA ÁLVAREZ
JULIO 2016
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS Y ENERGÍA
Titulación: GRADUADO EN INGENIERÍA DE LA ENERGÍA
Especialidad: TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS
INSTRUMENTACIÓN Y AUTOMATIZACIÓN DE UN BANCO DE ENSAYO CON
MOTOR DIESEL CON FRENO HIDRÁULICO
Realizado por:
Jose Alberto Budia Álvarez
Dirigido por:
Jose Manuel Burón Caballero
1.
ÍNDICE
RESUMEN ........................................................................................................................................ 2
2.
OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 3
2.1
Funcionamiento del motor ..................................................................................................... 3
2.2
Control .................................................................................................................................... 3
2.3
Instrumentación ..................................................................................................................... 3
2.4
Interpretación de datos .......................................................................................................... 3
3.
DESCRIPCIÓN DE LA CELDA DE TRABAJO ........................................................................................ 4
3.1
Motor de combustión ............................................................................................................. 4
3.2
Freno....................................................................................................................................... 4
3.3
Intercambiador de calor ......................................................................................................... 5
3.4
Bancada de trabajo ................................................................................................................. 6
3.5
Batería .................................................................................................................................... 6
4.
FASE PREVIA .................................................................................................................................... 7
4.1
Acondicionamiento de la celda de trabajo ............................................................................. 7
4.2
Puesta en marcha ................................................................................................................... 8
4.3
Programación ......................................................................................................................... 8
4.4
Fuente de tensión ................................................................................................................. 10
5.
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL ................................................................................................... 12
5.1
Estación meteorológica ........................................................................................................ 12
5.2
Caudalímetro ........................................................................................................................ 14
5.3
Control del freno .................................................................................................................. 16
5.4
Medida del par de frenado. .................................................................................................. 18
6.
RESULTADOS ................................................................................................................................. 23
7.
CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 29
8.
PRESUPUESTO ............................................................................................................................... 30
9.
EVOLUCIÓN TEMPORAL ................................................................................................................ 31
10.
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 33
11.
ANEXOS ..................................................................................................................................... 34
2
1. RESUMEN
El presente proyecto trata sobre la instrumentación y control de un motor de
combustión, de tal manera que se puedan realizar ensayos en una bancada aislada de
forma segura y controlada y servir así a propósitos académicos para que todos
aquellos alumnos interesados en el tema puedan beneficiarse de la experiencia de
comprobar el funcionamiento “in situ” de un motor de combustión.
Dada la envergadura del trabajo a realizar, se han dividido las tareas propuestas en dos
proyectos, realizada cada una por un alumno.
Para la consecución de los objetivos planteados se ha dispuesto de una celda de
trabajo en el laboratorio de motores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid así como del material y las
herramientas necesarias para un trabajo de este tipo. Además se ha recibido ayuda
técnica del personal del laboratorio para algunas tareas de mantenimiento y puesta en
marcha del motor entre otras cosas.
3
2. OBJETIVOS
Cómo se ha mencionado anteriormente, el objetivo final del trabajo es acondicionar la
celda para su uso académico cómo celda de ensayo de un motor de combustión. Para
ello se han planteado diferentes objetivos.
2.1
Funcionamiento del motor
El primer objetivo y más importante será conseguir el correcto funcionamiento del
motor, permitiendo trabajar a varios niveles de potencia y disipando la energía
producida por el eje en todo momento mediante el freno hidráulico.
2.2
Control
Se ha propuesto controlar electrónicamente el nivel de aceleración del motor y el
nivel de frenado. De esta manera se podrá en un futuro aislar completamente el
acceso al motor y controlar a distancia su funcionamiento mediante un dispositivo
electrónico.
2.3
Instrumentación
Se ha propuesto medir los parámetros característicos que rigen el funcionamiento de
un motor de combustión. Estos parámetros son el régimen de giro, el par motor, el
caudal de agua que demanda el freno hidráulico, así como diversas temperaturas en
distintos puntos clave del funcionamiento del motor (aceite, gases de escape,
ambiental, salida del intercambiador y entrada del intercambiador). Para medir todos
estos parámetros se utilizarán diversos sensores controlados por el software libre
Arduino que se explicarán más detalladamente en los capítulos posteriores.
2.4
Interpretación de datos
Con el fin de comprobar la precisión de las medidas tomadas y conseguir una
interpretación más práctica de las mismas, se ha marcado como objetivo final la
obtención mediante ensayo del motor de las curvas características del funcionamiento
de este. Se obtendrán las curvas de par-velocidad y Potencia-velocidad y se
comprobarán con las proporcionadas por el fabricante.
4
3. DESCRIPCIÓN DE LA CELDA DE TRABAJO
La celda de trabajo es una habitación del laboratorio de motores de la Escuela Técnica
Superior de Ingenieros Industriales que dispone de toma de electricidad, agua y
combustible así como de todas las características constructivas necesarios para este
tipo de instalación.
Además la celda de trabajo dispone de varios equipos que se describen a
continuación:
3.1
Motor de combustión
El motor es un DITER d890 del año 1987 de un cilindro y alimentado por diésel. El
motor cuenta con todas sus piezas tales como filtro de aceite, filtro de aire, bomba de
impulsión, inyector, etc. A pesar de ser bastante antiguo, el motor está en buen estado
y después de realizar varias operaciones de mantenimiento y sustitución de algunas
piezas, su funcionamiento es correcto.
3.2
Freno
El motor está acoplado a un freno hidráulico mediante un eje de transmisión. Este
freno fue fabricado por Junkers Bremsen modelo AN2h. Permite absorber la potencia
del motor y estabilizar su uso. Funciona mediante un cuerpo de aspas que al chocar
5
con la masa de agua contenida en su interior permite transformar la energía de giro
del eje en energía térmica que absorbe el agua. Esta agua se renovará mediante un
circuito abierto para evitar su excesivo calentamiento.
3.3
Intercambiador de calor
La celda dispondrá de un intercambiador de calor utilizado para refrigerar el motor
mediante agua. El agua utilizada para refrigerar el motor se cogerá directamente de la
red.
6
3.4
Bancada de trabajo
Tanto el motor cómo el freno hidráulico estarán fijos sobre una bancada para absorber
las vibraciones que el motor en funcionamiento pueda ocasionar.
3.5
Batería
Para arrancar el motor se usará una batería móvil de la marca LIFELINE de 12 Voltios.
7
4. FASE PREVIA
Previamente a la instalación de sensores y elementos de control del motor se han
realizado una serie de actividades necesarias para el correcto funcionamiento de la
celda:
4.1
Acondicionamiento de la celda de trabajo
Se han realizado diferentes trabajos de mantenimiento para conseguir que la celda de
trabajo tenga los elementos necesarios. Para ello se han realizado la instalación de
varios elementos.
Toma de agua
Debido a que la celda no disponía de una toma de agua adecuada, se realizó todo el
tramo de tubería desde el conducto principal hasta la celda a través de la pared.
Además se instaló una válvula para controlar el caudal de agua que llega a la celda
desde la red. Esta toma se utilizará tanto para el freno hidráulico como para el circuito
de refrigeración del motor.
Toma de combustible
A diferencia de la toma de agua, la toma de combustible ya estaba instalada en la celda
mediante una tubería alimentada desde un tanque de combustible. Sólo fue necesario
conectar esta toma de combustible a nuestro motor mediante una tubería y unas
abrazaderas.
Intercambiador de calor
Para el intercambiador fue necesario realizar las conexiones de tubería desde la toma
de agua de la celda, para ello se instaló una segunda válvula para controlar el flujo
desde la toma principal a la entrada del intercambiador. También se instalaron las
tuberías que conectan el intercambiador con el motor.
8
Salida de humos
Se instalaron los conductos desde el escape del motor hasta un extractor situado en la
celda de trabajo. Esto permitió la correcta evacuación al exterior de los gases
procedentes del proceso de combustión del motor.
4.2
Puesta en marcha
Debido a la antigüedad del motor y el freno y a su largo período de desuso, se realizó
una puesta en marcha del motor para comprobar su correcto funcionamiento. En un
primer intento no se pudo arrancar el motor de forma adecuada. Después de varios
ensayos y pruebas se detectó un problema con la bomba de agua, por lo que se tuvo
que comprar un recambio.
Además también se realizó un recambio del filtro de aire y la junta de culata debido a
que su estado no era el más adecuado.
Una vez instalada la nueva bomba de agua, y después de realizar algunas tareas de
mantenimiento como el rellenado del aceite o el aislamiento del conducto de escape,
se puso en funcionamiento el motor de forma adecuada, comprobándose que el freno
hidráulico era capaz de frenar adecuadamente el motor.
4.3
Programación
Para la instrumentación del motor se ha elegido el uso del software Arduino ya que se
adapta a las necesidades requeridas en el presente proyecto.
Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source)
basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar.
Arduino puede sentir el entorno mediante la recepción de entradas desde una
variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces,
motores y otros artefactos. El microcontrolador de la placa se programa usando
el Arduino Programming Language (basado en Wiring) y el Arduino Development
Environment (basado en Processing). Los proyectos de Arduino pueden ser autónomos
o se pueden comunicar con software en ejecución en un ordenador (por ejemplo
con Flash, Processing, MaxMSP, etc.).
9
Las placas se pueden ensamblar a mano o encargarlas pre-ensambladas; el software se
puede descargar gratuitamente. Los diseños de referencia del hardware (archivos CAD)
están disponibles bajo licencia open-source.
Arduino simplifica el proceso de trabajo con microcontroladores, pero ofrece algunas
ventajas para estudiantes:

Barato: Las placas Arduino son relativamente baratas comparadas con otras
plataformas microcontroladoras.

Multiplataforma: El software de Arduino se ejecuta en sistemas operativos
Windows, Macintosh OSX y GNU/Linux. La mayoría de los sistemas
microcontroladores están limitados a Windows.

Entorno de programación simple y claro: El entorno de programación de
Arduino es fácil de usar para principiantes, pero suficientemente flexible para
que usuarios avanzados puedan aprovecharlo también. Para profesores, está
convenientemente basado en el entorno de programación Processing, de
manera que estudiantes aprendiendo a programar en ese entorno estarán
familiarizados con el aspecto y la imagen de Arduino.

Código abierto y software extensible: El software Arduino está publicado como
herramientas de código abierto, disponible para extensión por programadores
experimentados. El lenguaje puede ser expandido mediante librerias C++.

Código abierto y hardware extensible: El Arduino está basado en
microcontroladores ATMEGA8 y ATMEGA168 de Atmel. Los planos para los
módulos están publicados bajo licencia Creative Commons, por lo que
diseñadores experimentados de circuitos pueden hacer su propia versión del
módulo, extendiéndolo y mejorándolo. Incluso usuarios
relativamente inexpertos pueden construir la versión de la placa del módulo
para entender cómo funciona y ahorrar dinero.
Para el presente proyecto se ha utilizado el modelo Arduino MEGA ya que es sencillo y
barato y además el más adecuado teniendo en cuenta el número de conexiones a la
placa.
10
Antes de empezar con la programación de los sensores acoplados al motor se ha
realizado un proceso de aprendizaje del lenguaje de programación de Arduino con el
fin de obtener unas nociones básicas del funcionamiento de este.
Se han invertido un buen número de horas en la búsqueda de información y en la
realización de ejercicios básicos como control de LEDs o interruptores para obtener un
conocimiento adecuado de las principales funciones con las que trabaja Arduino.
4.4
Fuente de tensión
Teniendo en cuenta que la potencia de la placa Arduino MEGA es insuficiente para
alimentar a todos los sensores planteados, se ha instalado una fuente de tensión
constante de 24 V que se conecta al cuadro eléctrico de la celda de trabajo.
A partir de esta tensión constante de 24 V se han utilizado reguladores de tensión para
conseguir las bajas tensiones de alimentación de cada sensor (5 V aprox.).
Los reguladores de tensión son unos elementos eléctronicos que permiten limitar la
tensión entrante a unos valores reducidos. Tienen 3 pines de conexión (entrada, tierra
y salida).
11
En nuestro caso partiremos de una tensión continua de 24 V que proporciona la fuente
de tensión. A partir de esta tensión se ha ido reduciendo gradualmente usando
reguladores de 12 V y posteriormente reguladores de 5 y 6 V que alimentarán a cada
sensor.
12
5. INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
Una vez comprobado que la celda de trabajo tiene todos los elementos necesarios y
que tanto el motor como el freno funcionan correctamente a distintos niveles de
potencia, se ha comenzado a trabajar en la programación e instalación de los sensores.
Se ha seguido una metodología de trabajo muy marcada hasta llegar a la instalación de
cada sensor. Primeramente se realiza una búsqueda de las características del sensor,
posteriormente se probará cada sensor de manera independiente y por último se
instalará en la celda de trabajo.
Como ya se ha mencionado al comienzo de este texto, los objetivos se han dividido en
dos partes por lo que en este proyecto sólo se hablará en profundidad de la mitad de
los sensores.
5.1
Estación meteorológica
Con el propósito de tener unos parámetros de referencia ambientales en la celda de
trabajo se ha instalado un sensor de humedad y temperatura.
El sensor elegido es el DHT11 ya que su uso está más que probado en aplicaciones con
placas Arduino.
El montaje del circuito es muy sencillo ya que sólo se trata de conectar los pines
correctamente, teniendo en cuenta que el sensor está diseñado para una tensión de
13
alimentación de 5 V. Además se montará una resistencia de 5k entre la alimentación y
la señal con el fin de proteger el sensor.
El código de programación es igualmente sencillo ya que existe una librería de Arduino
específica para este sensor.
14
El sensor se instalará en la mesa de trabajo dentro de la celda, a una distancia
suficiente del motor para que los resultados no se vean influido por este.
5.2
Caudalímetro
Debido a que el freno hidráulico tiene una capacidad de trabajo dependiente del
caudal de agua que entra en él, se ha considerado medir este caudal de agua como un
parámetro importante en la instrumentación del motor.
En el mercado hay sensores muy diversos capaces de medir el caudal de agua. Para
nuestro caso se ha elegido un tipo de sensor que utiliza el efecto hall para conseguir
esta medida.
Cuando por un material conductor o semiconductor, circula una corriente eléctrica, y
estando este mismo material en el seno de un campo magnético, se comprueba que
aparece una fuerza magnética en los portadores de carga que los reagrupa dentro del
material, esto es, los portadores de carga se desvían y agrupan a un lado del material
conductor o semiconductor, apareciendo así una variación de potencial en el
conductor lo cual origina un campo eléctrico perpendicular al campo magnético y al
propio campo eléctrico generado por la batería. Este campo eléctrico es el
denominado campo Hall y ligado a él aparece la tensión Hall, que se puede medir
mediante el voltímetro de la figura.
Los caudalímetros de efecto Hall se basan en este principio físico para relacionar la
tensión generada por el sensor con las vueltas de la rueda que tiene en su interior y a
su vez con el flujo de agua que hace girar la rueda.
Una vez elegido el tipo de sensor a utilizar, es necesario comprobar cuanto caudal de
agua va a necesitar el freno para absorber toda la energía del motor a su máxima
potencia. Para ello se ha realizado este ensayo acelerando el motor al máximo y
midiendo manualmente el caudal de agua que consigue frenarlo. El resultado de este
ensayo nos revela que el freno demandará como máximo 10l/min.
15
En vista a los ensayos y estudios realizados se ha elegido un caudalímetro de efecto
Hall con capacidad de medida desde 1l/min hasta 30l/min por lo que se ajusta
perfectamente a nuestros requerimientos.
La programación del caudalímetro es bastante sencilla debido a su probada aplicación
en placas Arduino. El caudalímetro tiene un rango de tensión de alimentación desde
4.5 V hasta 24 V. En nuestro caso se alimentará a 5 V. Para la elaboración del código es
necesario importar la librería de Arduino específica para este tipo de sensor.
16
Una vez comprobado que el sensor funciona correctamente se instalará en la celda de
trabajo. El caudalímetro será acoplado a la manguera que alimenta al freno hidráulico
por su parte superior.
5.3
Control del freno
En la introducción del presente proyecto se marcó como objetivo el control del freno
del motor. Este control se llevará a cabo regulando el caudal de agua que le llega al
freno hidráulico.
Se ha realizado una búsqueda de los diferentes dispositivos del mercado capaces de
regular un caudal de agua electrónicamente. La solución más sencilla y con más
garantías de funcionamiento son las válvulas electrónicas de regulación de caudal, sin
embargo, estas válvulas tienen un precio de mercado de entre 400 y 600 euros por lo
que se hace necesario buscar una alternativa.
La solución adoptada fue el montaje de un dispositivo formado por un servomotor que
mediante un enganche abriera y cerrara la llave de una válvula de bola manual. De
esta manera se consigue controlar el caudal de agua eléctronicamente mediante el
código Arduino de un servomotor, viendo reducido su precio a menos de 30€.
Sin embargo, esta solución tiene varias limitaciones. En primer lugar el servomotor
debe ser capaz de producir un par suficiente para mover la manivela y abrir la válvula.
17
Para ello se ha medido la fuerza necesaria con un dinamómetro digital del laboratorio
obteniéndose una fuerza de 10 kg. En segundo lugar el dispositivo no es capaz de abrir
la válvula un ángulo muy amplio debido a la limitación del enganche.
La primera limitación se ha conseguido superar debido a la existencia en el mercado de
servomotores capaces de superar los 10 kg de fuerza.
La segunda limitación tampoco resulta ser un problema ya que con un ángulo de
apertura de 30 grados la válvula es capaz de dejar pasar el caudal necesario para frenar
el motor a máxima potencia.
Teniendo en cuenta estas características se ha seleccionado un servomotor de rotación
continua de 15 kg x cm alimentado a 6 V.
La programación del servomotor es muy sencilla debido a la existencia de librerías en
Arduino por lo que no ha sido complicado realizar el código. Desde la pantalla de
interfaz de Arduino podremos aumentar o disminuir el ángulo del servo según sea
necesario.
Para la instalación del sistema del servo y la válvula ha sido necesario fijar estos
elementos a una plataforma colocada en la parte superior del freno hidráulico.
18
5.4
Medida del par de frenado.
Uno de los parámetros más importantes que marcan el funcionamiento del motor es el
par. La medida de este parámetro tiene varias complicaciones debido a que las
mejores soluciones que aporta el mercado para medir directamente el par de un
motor son excesivamente caras. Por ello es necesario encontrar una solución
alternativa.
Después de realizar una búsqueda exhaustiva se encontró una solución bastante
sencilla y asequible económicamente. Se trata de usar una celda de carga para medir la
fuerza que ejerce el freno a una distancia del eje, que multiplicada por la distancia al
eje obtenemos el par de frenado. Dado que el par de frenado es igual al par motor
cuando el motor está estable podemos conseguir medir este parámetro de esta forma.
19
La celda de carga se encarga de traducir la fuerza en una señal de voltaje (celda de
carga analógica). La celda de carga analógica con galgas extensométricas es la que se
utiliza más comúnmente.
Las celdas de carga consisten en un metal que sufre una deformación conforme se le
aplica una fuerza. Este metal se calcula para soportar un rango de fuerza (que va desde
cero fuerza hasta la capacidad máxima) ya sea a tensión, compresión o ambos. La
deformación se realiza en la "parte elástica", esto es lo que limita la capacidad de una
celda de carga. Al momento de sobrepasar la parte elástica del metal, sufre una
deformación permanente, así como un resorte que se estira de más y ya no regresa a
su punto inicial (cuando detecta cero fuerza).
Al metal, se le adhieren galgas extensométricas. Las galgas extensométricas consisten
en un metal que al flexionarse varía su resistencia. Las galgas se conectan en un
arreglo de puente de wheatstone, de tal forma que al alimentarse con un voltaje
entregan una señal de voltaje proporcional a la fuerza aplicada. La señal de voltaje
entregada es en el orden de milivolts. Éste voltaje se representa comunmente
proporcional al voltaje de alimentación y a máxima carga (capacidad de la celda), por
ejemplo 2mV/V nominal. Quiere decir que si se alimentan con 10Vdc la señal que se va
a tener a la capacidad máxima es de 20mV. En el caso ideal, la señal es lineal, esto es,
para el ejemplo anterior si se aplica el 50% de la capacidad se tendrán 10mV y si se
aplica cero fuerza se obtendrían 0mV.
20
Arduino MEGA tiene 10 bits de resolución, lo que proporciona 1024 niveles digitales
entre 0 y 5 V lo que supone una precisión de medición de +-2,44mV. Esta precisión no
es suficiente para medir las pequeñas variaciones de tensión que aporta la celda (del
orden de mV) por lo que resulta necesario amplificar la señal para poder medirla.
Primeramente se intentó construir el circuito amplificador utilizando amplificadores
operacionales, pero esta solución no resultó apropiada debido a la alteración de la
medida al pasar por el circuito.
Por ello se propuso utilizar el módulo HX711. Este módulo es una interface entre las
celdas de carga y el microcontrolador, permitiendo poder leer el peso de manera
sencilla. Internamente se encarga de la lectura del puente wheatstone formado por la
celda de carga, convirtiendo la lectura analógica a digital con su conversor A/D interno
de 24 bits. Se comunica con el microcontrolador mediante 2 pines (Clock y Data) de
forma serial.
21
En cuanto a la programación de la célula se ha utilizado la librería existente del módulo
HX711. Primero se hace necesario obtener la escala de la celda de carga, es decir, la
norma que convierte los voltios medidos por la señal a peso en kilogramos. Para ello se
carga un primer código de programación y se obtiene esta escala colocando sobre la
cela un peso conocido.
22
Una vez obtenido este valor de escala, en el caso de nuestro módelo de celda de carga
49000, se procede a la elaboración de un segundo código que medirá el peso
soportado por la célula.
La celda de carga se ha instalado unida a la parte móvil del freno de forma que al
frenar se ejerza una fuerza sobre la celda de carga.
23
6. RESULTADOS
Una vez que se ha comprobado el correcto funcionamiento de cada sensor por
separado y se han instalado todos los sensores en la celda de trabajo, se ha realizado
un código conjunto mediante el cual se leerá la medida la todos los sensores a la vez y
con una respuesta adecuadamente rápida y se controlarán los servomotores desde la
misma pantalla de interfaz de Arduino.
24
25
26
27
28
29
7. CONCLUSIONES
Al principio del presente proyecto se presentaban los objetivos marcados de
instrumentar el motor y obtener las curvas características de su funcionamiento.
Aunque no ha sido posible obtener las curvas características del motor debido a un
fallo técnica de la bomba de inyección de última hora, si se ha avanzado
considerablemente en el objetivo a largo plazo marcado por el laboratorio de
conseguir la instrumentación y control de forma remota de un motor de combustión.
Se ha logrado acondicionar la celda de trabajo de forma que pueda servir al propósito
de la Universidad en futuros proyectos.
Se ha conseguido un funcionamiento adecuado del motor mediante operaciones de
mantenimiento y sustitución de piezas.
Se ha logrado medir adecuadamente todos los parámetros clave en el funcionamiento
del motor como son el par, el régimen de giro, las temperaturas del aceite, humos y
agua de refrigeración, el caudal de agua entrante al freno hidráulico.
Además se ha conseguido controlar electrónicamente la aceleración del motor a partir
del gatillo de admisión de combustible y el freno a partir del caudal de agua de
admisión al freno hidráulico.
Durante la realización del presente proyecto se han adquirido amplios conocimientos
en todo lo referente a un motor de combustión, así como en la instrumentación
electrónica y el uso de sensores y controladores.
Por todo esto se concluye que desde un punto de vista académico se ha mejorado los
conocimientos del alumno notablemente en estos temas.
30
8. PRESUPUESTO
Se ha realizado una recopilación de los gastos de material utilizado durante los
trabajos realizados en este proyecto.
Cabe destacar que el laboratorio ya disponía de varios materiales necesarios, así como
herramientas o accesorios, la compra de los cuales no ha sido necesaria.
CONCEPTO
CANTIDAD PRECIO(€) IMPUESTOS IMPORTE(€)
Filtro de aire
1
9,50
21%
11,50
Junta de culata
1
18,50
21%
22,39
Bomba de agua
1
120,31
21%
145,58
Fuente de tensión 24 V
1
21,32
21%
25,80
Reguladores de tensión
10
0,04
21%
0,48
Cables pack 100
2
2,21
21%
5,35
Placa Arduino MEGA
1
41,75
21%
50,52
Placa protoboard
2
4,85
21%
11,74
Módulo HX711
2
2,99
21%
7,24
Célula de carga
1
49,72
21%
60,16
Módulo MAX31855
4
15,21
21%
73,62
Módulo ky-003 sensor hall
2
2,21
21%
5,35
TOTAL
419,70
31
9. EVOLUCIÓN TEMPORAL
Debido a la necesidad de presentar un resumen del tiempo empleado en cada tarea
del proyecto se ha realizado un diagrama donde se muestran las tareas realizadas, su
fecha de inicio y final y su duración.
Número Actividad
Fecha de inicio Duración (días) Fecha de finalización
1 Selección del proyecto
10/11/2014
1
11/11/2014
2 Visita al laboratorio
10/11/2014
2
12/11/2014
3 Planificación trabajo
10/11/2014
3
13/11/2014
4 Limpieza celda de trabajo
17/11/2014
7
24/11/2014
5 Instalación toma de agua
24/11/2014
15
09/12/2014
6 Instalación toma de combustible
03/12/2014
15
18/12/2014
7 Recarga de refrigerante del intercambiador
18/12/2014
5
23/12/2014
8 Búsqueda información sobre el motor
15/01/2015
20
04/02/2015
9 Búsqueda información sobre el freno
04/02/2015
20
24/02/2015
10 Sustitución filtro de aire
02/03/2015
5
07/03/2015
11 Sustitución bomba de agua
09/03/2015
15
24/03/2015
12 Sustitución junta de culata
24/03/2015
8
01/04/2015
13 Puesta en marcha del motor
08/04/2015
5
13/04/2015
14 Búsqueda información Arduino
25/04/2015
7
02/05/2015
15 Realización ejercicios básicos con Arduino
10/05/2015
20
30/05/2015
16 Búsqueda de información celda de carga
15/09/2015
7
22/09/2015
17 Realización código Arduino de la celda de carga
24/09/2015
10
04/10/2015
18 Instalación celda de carga
10/10/2015
3
13/10/2015
19 Búsqueda de información sensor Hall
15/10/2015
8
23/10/2015
20 Realización código Arduino del sensor Hall
25/10/2015
15
09/11/2015
21 Instalación sensor Hall
12/11/2015
7
19/11/2015
22 Búsqueda de información termopares
19/11/2015
7
26/11/2015
23 Realización código Arduino de termopares
27/11/2015
3
30/11/2015
24 Instalación termopares
30/11/2015
2
02/12/2015
25 Búsqueda de información servomotores
15/01/2016
10
25/01/2016
26 Realización código Arduino de servomotores
26/01/2016
9
04/02/2016
27 Instalación servomotores
10/02/2016
15
25/02/2016
28 Búsqueda de información caudalímetro
26/02/2016
7
04/03/2016
29 Realización código Arduino de caudalímetro
07/03/2016
3
10/03/2016
30 Instalación caudalímetro
15/03/2016
5
20/03/2016
31 Realización código conjunto
10/04/2016
35
15/05/2016
32 Prueba conjunta
10/06/2016
5
15/06/2016
32
33
10.
BIBLIOGRAFÍA
https://www.arduino.cc
http://www.xataka.com
http://www.bricogeek.com
http://www.adafruit.com
http://www.youtube.com
http://www.cetronic.com
Gómez Cebellán, Álvaro -Montaje e instrumentación de bancos de ensayos de motores
de combustión interna alternativos Recurso electrónico
Payri González, Francisco - Fundamentos de motores de combustión interna
alternativos
Ramírez, Javier Ángel - Motores de combustión y explosión interna
PD-75 Series
75Watts Single Output
Features:
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
No Load power consumption<0.5W
Universal AC input range
Miniature size,high power density,high efficiency,long life and high reliability
Withstand 300VAC surge input for 5 sec.
Output protections: OLP/OVP/SCP
Wide operating ambient temp (-25℃~70℃)，100% @50℃、70%@70℃
Operating altitude up to 5000M
All using 105℃ long life electrolytic capacitors.
100% full load burn-in test
Easy assembling from top side
PCB soldering side with conformal coating
Suitable for critical applications
3 years warranty
SSPPEECCIIFFIICCAATTIIOONN
MODEL
DC Output
Rated Current
Current Range
Note 1
Ripple and Noise
(-25℃~70℃) Note 2
OUTPUT
INPUT
PROTECTION
ENVIRONMENT
SAFETY &EMC
Note 3
OTHERS
NOTE
PD-75-5
PD-75-12
PD-75-15
PD-75-24
PD-75-48
5V
12V
15V
24V
48V
12A
6A
5A
3.2.A
1.62A
0~12A
0~6A
0~5A
0~3.2A
0~1.62A
<80mV
<120mV
<150mV
<200mV
<200 mV
Voltage ADJ. Range
-5%~+10% of rated output voltage
Voltage Accuracy
±3.0%
±3.0%
±3.0%
±3.0%
±3.0%
Line Regulation
±0.5%
±0.5%
±0.5%
±0.5%
±0.5%
Load Regulation
±2.0%
±2.0%
±2.0%
±2.0%
±2.0%
Set-up Time
＜2.0S (115Vac input, Full load); ＜1.5S (230Vac input, Full load)
Hold up Time
＞20mS(115Vac input, Full load); ＞50mS(230Vac input, Full load)
Temperature Coefficient
±0.03%/℃
Overshoot and Undershoot
<5.0%
Voltage Range
90Vac~264Vac，127~370Vdc
Frequency Range
47Hz~63Hz
Efficiency
115Vac input
79%
84%
85%
87%
88%
230Vac input
( Typical)
AC Current (max.)
80%
85%
86%
88%
89%
Inrush Current (Typical)
20A@115Vac
<2.5A(max)
40A@230Vac
Cold start
Leakage Current
Input—output:<0.25mA
Over Load
105%~150% of rated output current, constant power
Input—PG:<0.75mA
Over Voltage
105%~150% of rated output voltage, Constant Voltage
Short Circuit
Long-term mode, auto recovery
Operating amb. Temp. & Hum.
-25℃~70℃; 20%~90%RH No condensing (refer to the derating curve)
Storage Temp. & Hum.
-40℃~85℃; 10%~95%RH No condensing
Safety Standards
UL60950-1 2nd Ed; IEC 60950-1:2005(2nd Ed) ;EN60950-1:2006
Withstand Voltage
Primary-Secondary:3.0KVac; ≤10mA .Primary-PG:1.5KVac; ≤10mA. Secondary-PG:0.5KVDC;≤10mA.
Isolation Resistance
≥100M ohms
EMC Emission
Compliance to EN55022,EN55024 ClassB
Harmonic Current
Compliance to EN61000-3-2,-3
EMC Immunity
Compliance to EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11;EN55024,EN61000-6-2 heavy industry level
MTBF (MIL-HDBK-217F)
More than 200,000Hrs (25℃, Full load)
Dimension (L*W*H)
129×98×38mm
Packing
30PCS/CTN, 14.2KGS, 0.044CBM
Cooling method
Cooling by free air convection
1. All parameters NOT specially mentioned are measured at rated input, rated load and 25℃ of ambient temperature.
2. Measured at 20MHz of bandwidth by using a 12” twisted pair-wire terminated with a 0.1 uF & 10uF parallel capacitor.
3. The SPS is considered a component which will be installed into final equipment. The equipment must be re-confirmed that it still meets EMC
directives.
4. Powerld offer accessories for Din-35 rail bar. Please contact sales staff for details.
www.powerld.com
Date:2014-07-22
1
PD-75 Series
75Watts Single Output
„
Mechanical Specification
Unit: mm
6
N
2
L
1
3
4
5
-V
5
3
1
+V
4
2
9
0
1
7
SMPS Cover
Customer plate
Assemble Screw
2
1
1
1
8
L
L<=4mm
„
Block Diagram
„
Derating Curve
www.powerld.com
Date:2014-07-22
2
Temperature and humidity module
DHT11 Product Manual
www.aosong.com
1、Product Overview
DHT11 digital temperature and humidity sensor is a composite Sensor contains a calibrated
digital signal output of the temperature and humidity. Application of a dedicated digital modules
collection technology and the temperature and humidity sensing technology, to ensure that the
product has high reliability and excellent long-term stability. The sensor includes a resistive sense
of wet components and an NTC temperature measurement devices, and connected with a
high-performance 8-bit microcontroller.
2、Applications
HVAC, dehumidifier, testing and inspection equipment, consumer goods, automotive, automatic
control, data loggers, weather stations, home appliances, humidity regulator, medical and other humidity
measurement and control.
3、Features
Low cost, long-term stability, relative humidity and temperature measurement, excellent quality, fast
response, strong anti-interference ability, long distance signal transmission, digital signal output, and
precise calibration.
4、Dimensions (unit: mm)
Aosong(Guangzhou) Electronics Co.,Ltd.
TEL：020-36042809 / 36380552
-1-
www.aosong.com
5、Product parameters
Relative humidity
Resolution: 16Bit
Repeatability: ±1% RH
Accuracy: At 25℃ ±5% RH
Interchangeability: fully interchangeable
Response time: 1 / e (63%) of 25℃ 6s
1m / s air 6s
Hysteresis: <± 0.3% RH
Long-term stability: <± 0.5% RH / yr in
Temperature
Resolution: 16Bit
Repeatability: ±0.2℃
Range: At 25℃ ±2℃
Response time: 1 / e (63%) 10S
Electrical Characteristics
Power supply: DC 3.5～5.5V
Supply Current: measurement 0.3mA standby 60μ A
Sampling period: more than 2 seconds
Pin Description
1, the VDD power supply 3.5～5.5V DC
2 DATA serial data, a single bus
3, NC, empty pin
4, GND ground, the negative power
Aosong(Guangzhou) Electronics Co.,Ltd.
TEL：020-36042809 / 36380552
-2-
www.aosong.com
6、Typical circuit
Microprocessor and DHT11 of connection typical application circuit as shown above, DATA pull the
microprocessor I / O ports are connected.
1. Typical application circuit recommended in the short cable length of 20 meters on the 5.1K
pull-up resistor, the resistance of greater than 20 meters under the pull-up resistor on the lower of the
actual situation.
2. When using a 3.5V voltage supply cable length shall not be greater than 20cm. Otherwise, the line
voltage drop will cause the sensor power supply shortage, caused by measurement error.
3. Each read out the temperature and humidity values are the results of the last measurement For
real-time data, sequential read twice, but is not recommended to repeatedly read the sensors, each
read sensor interval is greater than 5 seconds can be obtainedaccurate data.
7、Serial communication instructions (single-wire bi-directional)
◎Single bus Description
DHT11 uses a simplified single-bus communication. Single bus that only one data line, the system
of data exchange, control by a single bus to complete. Device (master or slave) through an open-drain
or tri-state port connected to the data line to allow the device does not send data to release the bus,
while other devices use the bus; single bus usually require an external one about 5.1kΩ pull-up resistor,
so that when the bus is idle, its status is high. Because they are the master-slave structure, and only
when the host calls the slave, the slave can answer, the host access devices must strictly follow the
single-bus sequence, if the chaotic sequence, the device will not respond to the host.
◎Single bus to transfer data defined
DATA For communication and synchronization between the microprocessor and DHT11, single-bus
data format, a transmission of 40 data, the high first-out.
Aosong(Guangzhou) Electronics Co.,Ltd.
TEL：020-36042809 / 36380552
-3-
www.aosong.com
Data format:
The 8bit humidity integer data + 8bit the Humidity decimal data +8 bit temperature integer data +
8bit fractional temperature data +8 bit parity bit.
◎Parity bit data definition
“8bit humidity integer data + 8bit humidity decimal data +8 bit temperature integer data + 8bit
temperature fractional data” 8bit checksum is equal to the results of the last eight.
Example 1: 40 data is received:
0011 0101
0000 0000
0001 1000
High humidity 8
Low humidity 8
High temp. 8
Calculate：
0011 0101+0000 0000+0001 1000+0000 0000= 0100 1101
Received data is correct：
Humidity：0011 0101=35H=53%RH
Temperature：0001 1000=18H=24℃
Example 2: 40 data is received:
0011 0101
0000 0000
0001 1000
High humidity 8
Low humidity 8
High temp. 8
Calculate：
0011 0101+0000 0000+0001 1000+0000 0000＝ 0100 1101
01001101≠0100 1001
The received data is not correct, give up, to re-receive data.
0000 0000
0100 1101
Low temp. 8
Parity bit
0000 0000
Low temp. 8
0100 1001
Parity bit
◎Data Timing Diagram
User host (MCU) to send a signal, DHT11 converted from low-power mode to high-speed mode,
until the host began to signal the end of the DHT11 send a response signal to send 40bit data, and
trigger a letter collection. The signal is sent as shown.
Data Timing Diagram
Note: The host reads the temperature and humidity data from DHT11 always the last measured
value, such as twice the measured interval of time is very long, continuous read twice to the second
value of real-time temperature and humidity values.
Aosong(Guangzhou) Electronics Co.,Ltd.
TEL：020-36042809 / 36380552
-4-
www.aosong.com
◎Peripherals read steps
Communication between the master and slave can be done through the following steps (peripherals
(such as microprocessors) read DHT11 the data of steps).
Step 1:
After power on DHT11 (DHT11 on after power to wait 1S across the unstable state during this period
can not send any instruction), the test environment temperature and humidity data, and record the data,
while DHT11 the DATA data lines pulled by pull-up resistor has been to maintainhigh; the DHT11 the
DATA pin is in input state, the moment of detection of external signals.
Step 2:
Microprocessor I / O set to output at the same time output low, and low hold time can not be less
than 18ms, then the microprocessor I / O is set to input state, due to the pull-up resistor, a
microprocessor/ O DHT11 the dATA data lines also will be high, waiting DHT11 to answer signal, send
the signal as shown:
Host sends a start signal
Step 3:
DATA pin is detected to an external signal of DHT11 low, waiting for external signal low end the
delay DHT11 DATA pin in the output state, the output low of 80 microseconds as the response signal,
followed by the output of 80 micro-seconds of high notification peripheral is ready to receive data, the
microprocessor I / O at this time in the input state is detected the I / O low (DHT11 response signal), wait
80 microseconds highdata receiving and sending signals as shown:
Step 4:
Output by DHT11 the DATA pin 40, the microprocessor receives 40 data bits of data "0" format: the
low level of 50 microseconds and 26-28 microseconds according to the changes in the I / O levellevel,
bit data "1" format: the high level of low plus, 50 microseconds to 70 microseconds. Bit data "0", "1" signal
format as shown:
Aosong(Guangzhou) Electronics Co.,Ltd.
TEL：020-36042809 / 36380552
-5-
www.aosong.com
End signal:
Continue to output the low 50 microseconds after DHT11 the DATA pin output 40 data, and
changed the input state, along with pull-up resistor goes high. But DHT11 internal re-test environmental
temperature and humidity data, and record the data, waiting for the arrival of the external signal.
8、Application of information
1. Work and storage conditions
Outside the sensor the proposed scope of work may lead to temporary drift of the signal up to 300%RH. Return to
normal working conditions, sensor calibration status will slowly toward recovery. To speed up the recovery process
may refer to "resume processing". Prolonged use of non-normal operating conditions, will accelerate the aging of the
product.
Avoid placing the components on the long-term condensation and dry environment, as well as the following
environment.
A, salt spray
B, acidic or oxidizing gases such as sulfur dioxide, hydrochloric acid
Recommended storage environment
Temperature: 10 ~ 40 ℃ Humidity: 60% RH or less
2. The impact of exposure to chemicals
The capacitive humidity sensor has a layer by chemical vapor interference, the proliferation of chemicals in the
sensing layer may lead to drift and decreased sensitivity of the measured values. In a pure environment, contaminants
will slowly be released. Resume processing as described below will accelerate this process. The high concentration of
chemical pollution (such as ethanol) will lead to the complete damage of the sensitive layer of the sensor.
3. The temperature influence
Relative humidity of the gas to a large extent dependent on temperature. Therefore, in the measurement of humidity,
should be to ensure that the work of the humidity sensor at the same temperature. With the release of heat of
electronic components share a printed circuit board, the installation should be as far as possible the sensor away from
the electronic components and mounted below the heat source, while maintaining good ventilation of the enclosure.
To reduce the thermal conductivity sensor and printed circuit board copper plating should be the smallest possible,
and leaving a gap between the two.
4. Light impact
Prolonged exposure to sunlight or strong ultraviolet radiation, and degrade performance.
Aosong(Guangzhou) Electronics Co.,Ltd.
TEL：020-36042809 / 36380552
-6-
www.aosong.com
5. Resume processing
Placed under extreme working conditions or chemical vapor sensor, which allows it to return to the status of
calibration by the following handler. Maintain two hours in the humidity conditions of 45℃ and <10% RH (dry);
followed by 20-30℃ and> 70% RH humidity conditions to maintain more than five hours.
6. Wiring precautions
The quality of the signal wire will affect the quality of the voltage output, it is recommended to use high quality
shielded cable.
7. Welding information
Manual welding, in the maximum temperature of 300℃ under the conditions of contact time shall be less than 3
seconds.
8. Product upgrades
Details, please the consultation Aosong electronics department.
9、The license agreement
Without the prior written permission of the copyright holder, shall not in any form or by any means, electronic
or mechanical (including photocopying), copy any part of this manual, nor shall its contents be communicated to a
third party. The contents are subject to change without notice.
The Company and third parties have ownership of the software, the user may use only signed a contract or
software license.
10、Warnings and personal injury
This product is not applied to the safety or emergency stop devices, as well as the failure of the product may
result in injury to any other application, unless a particular purpose or use authorized. Installation, handling, use or
maintenance of the product refer to product data sheets and application notes. Failure to comply with this
recommendation may result in death and serious personal injury. The Company will bear all damages resulting
personal injury or death, and waive any claims that the resulting subsidiary company managers and employees and
agents, distributors, etc. that may arise, including: a variety of costs, compensation costs, attorneys' fees, and so on.
11、Quality Assurance
The company and its direct purchaser of the product quality guarantee period of three months (from the date of
delivery). Publishes the technical specifications of the product data sheet shall prevail. Within the warranty period, the
product was confirmed that the quality is really defective, the company will provide free repair or replacement. The
user must satisfy the following conditions:
① The product is found defective within 14 days written notice to the Company;
② The product shall be paid by mail back to the company;
③ The product should be within the warranty period.
The Company is only responsible for those used in the occasion of the technical condition of the product
defective product. Without any guarantee, warranty or written statement of its products used in special applications.
Company for its products applied to the reliability of the product or circuit does not make any commitment.
Aosong(Guangzhou) Electronics Co.,Ltd.
TEL：020-36042809 / 36380552
-7-
www.aosong.com
HX711
24-Bit Analog-to-Digital Converter (ADC) for Weigh Scales
DESCRIPTION
FEATURES
Based on Avia Semiconductor’s patented
technology, HX711 is a precision 24-bit analogto-digital converter (ADC) designed for weigh
scales and industrial control applications to
interface directly with a bridge sensor.
The input multiplexer selects either Channel A
or B differential input to the low-noise
programmable gain amplifier (PGA). Channel A
can be programmed with a gain of 128 or 64,
corresponding to a full-scale differential input
voltage of ±20mV or ±40mV respectively, when
a 5V supply is connected to AVDD analog power
supply pin. Channel B has a fixed gain of 32. Onchip power supply regulator eliminates the need
for an external supply regulator to provide analog
power for the ADC and the sensor. Clock input is
flexible. It can be from an external clock source, a
crystal, or the on-chip oscillator that does not
require any external component. On-chip poweron-reset circuitry simplifies digital interface
initialization.
There is no programming needed for the
internal registers. All controls to the HX711 are
through the pins.
VAVDD
10uF
• Two selectable differential input channels
• On-chip active low noise PGA with selectable gain
of 32, 64 and 128
• On-chip power supply regulator for load-cell and
ADC analog power supply
• On-chip oscillator requiring no external
component with optional external crystal
• On-chip power-on-reset
• Simple digital control and serial interface:
pin-driven controls, no programming needed
• Selectable 10SPS or 80SPS output data rate
• Simultaneous 50 and 60Hz supply rejection
• Current consumption including on-chip analog
power supply regulator:
normal operation < 1.5mA, power down < 1uA
• Operation supply voltage range: 2.6 ~ 5.5V
• Operation temperature range: -40 ~ +85℃
• 16 pin SOP-16 package
APPLICATIONS
• Weigh Scales
• Industrial Process Control
VSUP
S8550
R2
2.7~5.5V
R1
VFB
Load cell
BASE
VSUP
DVDD
AVDD
INA+
Analog Supply Regulator
DOUT
INA-
INB+
INB-
Input
MUX
Digital
Interface
24-bit Σ∆
ADC
PD_SCK
PGA
Gain = 32, 64, 128
VBG
Bandgap Reference
To/From
MCU
RATE
Internal
Oscillator
HX711
0.1uF
AGND
XI
XO
Fig. 1 Typical weigh scale application block diagram
TEL: (592) 252-9530 (P. R. China)
EMAIL: [email protected]
AVIA SEMICONDUCTOR
HX711
Pin Description
Regulator Power
VSUP
1
16
DVDD
Digital Power
Regulator Control Output
BASE
2
15
RATE
Output Data Rate Control Input
Analog Power
AVDD
3
14
XI
Crystal I/O and External Clock Input
Crystal I/O
Serial Data Output
Regulator Control Input
VFB
4
13
XO
Analog Ground
AGND
5
12
DOUT
Reference Bypass
VBG
6
11
PD_SCK Power Down and Serial Clock Input
Ch. A Negative Input
INNA
7
10
INPB
Ch. B Positive Input
Ch. A Positive Input
INPA
8
9
INNB
Ch. B Negative Input
SOP-16L Package
Pin #
Name
Function
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
VSUP
BASE
AVDD
VFB
AGND
VBG
INAINA+
INBINB+
PD_SCK
DOUT
XO
XI
RATE
DVDD
Power
Analog Output
Power
Analog Input
Ground
Analog Output
Analog Input
Analog Input
Analog Input
Analog Input
Digital Input
Digital Output
Digital I/O
Digital Input
Digital Input
Power
Description
Regulator supply: 2.7 ~ 5.5V
Regulator control output（NC when not used）
Analog supply: 2.6 ~ 5.5V
Regulator control input（connect to AGND when not used）
Analog Ground
Reference bypass output
Channel A negative input
Channel A positive input
Channel B negative input
Channel B positive input
Power down control (high active) and serial clock input
Serial data output
Crystal I/O (NC when not used）
Crystal I/O or external clock input, 0: use on-chip oscillator
Output data rate control, 0: 10Hz; 1: 80Hz
Digital supply: 2.6 ~ 5.5V
Table 1 Pin Description
AVIA SEMICONDUCTOR
2
HX711
KEY ELECTRICAL CHARACTERISTICS
Parameter
Full scale differential
input range
Notes
TYP
MAX
±0.5(AVDD/GAIN)
V(inp)-V(inn)
Common mode input
Output data rate
MIN
AGND+1.2
Internal Oscillator, RATE = 0
Internal Oscillator, RATE =
DVDD
Crystal or external clock,
RATE = 0
Crystal or external clock,
RATE = DVDD
UNIT
V
AVDD-1.3
10
V
Hz
80
fclk/1,105,920
fclk/138,240
Output data coding
2’s complement
Output settling time (1)
RATE = 0
400
RATE = DVDD
50
Gain = 128
0.2
Gain = 64
0.4
Gain = 128，RATE = 0
50
Gain = 128，RATE = DVDD
90
Input offset（Gain = 128）
±6
nV/℃
Gain（Gain = 128）
±5
ppm/℃
Gain = 128，RATE = 0
100
dB
Power supply rejection Gain = 128，RATE = 0
Reference bypass
（VBG）
Crystal or external clock
frequency
100
dB
1.25
V
Input offset drift
Input noise
Temperature drift
Input common mode
rejection
Power supply voltage
Analog supply current
(including regulator)
Digital supply current
800000
1
7FFFFF
11.0592
ms
mV
nV(rms)
20
MHz
V
DVDD
2.6
5.5
AVDD，VSUP
2.6
5.5
Normal
1400
Power down
0.3
Normal
100
Power down
0.2
HEX
µA
µA
（1）Settling time refers to the time from power up, reset, input channel change and gain change
to valid stable output data.
Table 2 Key Electrical Characteristics
AVIA SEMICONDUCTOR
3
HX711
Analog Inputs
Channel A differential input is designed to
interface directly with a bridge sensor’s
differential output. It can be programmed with a
gain of 128 or 64. The large gains are needed to
accommodate the small output signal from the
sensor. When 5V supply is used at the AVDD pin,
these gains correspond to a full-scale differential
input voltage of ±20mV or ±40mV respectively.
Channel B differential input has a fixed gain of
32. The full-scale input voltage range is ±80mV,
when 5V supply is used at the AVDD pin.
Power Supply Options
Digital power supply (DVDD) should be the
same power supply as the MCU power supply.
When using internal analog supply regulator,
the dropout voltage of the regulator depends on
the external transistor used. The output voltage is
equal to VAVDD=VBG*(R1+R2)/ R1 (Fig. 1). This
voltage should be designed with a minimum of
100mV below VSUP voltage.
If the on-chip analog supply regulator is not
used, the VSUP pin should be connected to either
AVDD or DVDD, depending on which voltage is
higher. Pin VFB should be connected to Ground
and pin BASE becomes NC. The external 0.1uF
bypass capacitor shown on Fig. 1 at the VBG
output pin is then not needed.
Clock Source Options
By connecting pin XI to Ground, the on-chip
oscillator is activated. The nominal output data
rate when using the internal oscillator is 10
(RATE=0) or 80SPS (RATE=1).
If accurate output data rate is needed, crystal or
external reference clock can be used. A crystal
can be directly connected across XI and XO pins.
An external clock can be connected to XI pin,
through a 20pF ac coupled capacitor. This
external clock is not required to be a square wave.
It can come directly from the crystal output pin of
the MCU chip, with amplitude as low as 150 mV.
Output Data Rate and Format
When using the on-chip oscillator, output data
rate is typically 10 (RATE=0) or 80SPS
(RATE=1).
When using external clock or crystal, output
data rate is directly proportional to the clock or
crystal frequency. Using 11.0592MHz clock or
crystal results in an accurate 10 (RTE=0) or
80SPS (RATE=1) output data rate.
The output 24 bits of data is in 2’s complement
format. When input differential signal goes out of
the 24 bit range, the output data will be saturated
at 800000h (MIN) or 7FFFFFh (MAX), until the
input signal comes back to the input range.
Serial Interface
Pin PD_SCK and DOUT are used for data
retrieval, input selection, gain selection and power
down controls.
When output data is not ready for retrieval,
digital output pin DOUT is high. Serial clock
input PD_SCK should be low. When DOUT goes
to low, it indicates data is ready for retrieval. By
applying 25~27 positive clock pulses at the
PD_SCK pin, data is shifted out from the DOUT
output pin. Each PD_SCK pulse shifts out one bit,
starting with the MSB bit first, until all 24 bits are
shifted out. The 25th pulse at PD_SCK input will
pull DOUT pin back to high (Fig.2).
Input and gain selection is controlled by the
number of the input PD_SCK pulses (Table 3).
PD_SCK clock pulses should not be less than 25
or more than 27 within one conversion period, to
avoid causing serial communication error.
Input
PD_SCK Pulses
Gain
channel
25
A
128
26
B
32
27
A
64
Table 3 Input Channel and Gain Selection
When using a crystal or an external clock, the
internal oscillator is automatically powered down.
AVIA SEMICONDUCTOR
4
HX711
Next Output Data
Current Output Data
One conversion period
MSB
DOUT
LSB
T2
T3
T1
PD_SCK
1
2
3
PD_SCK
1
2
PD_SCK
1
2
Next Conversion：CH.A, Gain:128
4
24
25
3
4
24
25
26
3
4
24
25
26
T4
Next Conversion：CH.B, Gain:32
27
Next Conversion：CH.B, Gain:64
Fig.2 Data output, input and gain selection timing and control
Symbol
Note
MIN
T1
DOUT falling edge to PD_SCK rising edge
0.1
T2
PD_SCK rising edge to DOUT data ready
T3
PD_SCK high time
0.2
1
T4
PD_SCK low time
0.2
1
Reset and Power-Down
When chip is powered up, on-chip power on
rest circuitry will reset the chip.
Pin PD_SCK input is used to power down the
HX711. When PD_SCK Input is low, chip is in
normal working mode.
TYP
MAX
Unit
µs
0.1
µs
50
µs
µs
powered down. When PD_SCK returns to low,
chip will reset and enter normal operation mode.
After a reset or power-down event, input
selection is default to Channel A with a gain of
128.
Application Example
Power down:
PD_SCK
60µ s
Power down
Normal
Fig.1 is a typical weigh scale application using
HX711. It uses on-chip oscillator (XI=0), 10Hz
output data rate (RATE=0). A Single power
supply （2.7～5.5V） comes directly from MCU
power supply. Channel B can be used for battery
level detection. The related circuitry is not shown
on Fig. 1.
Fig.3 Power down control
When PD_SCK pin changes from low to high
and stays at high for longer than 60µs, HX711
enters power down mode (Fig.3). When internal
regulator is used for HX711 and the external
transducer, both HX711 and the transducer will be
AVIA SEMICONDUCTOR
5
HX711
Reference PCB Board (Single Layer)
Fig.4 Reference PCB board schematic
Fig.5 Reference PCB board layout
AVIA SEMICONDUCTOR
6
HX711
Reference Driver (Assembly)
/*------------------------------------------------------------------Call from ASM:
LCALL ReaAD
Call from C:
extern unsigned long ReadAD(void);
.
.
unsigned long data;
data=ReadAD();
.
.
----------------------------------------------------------------------*/
PUBLIC
ReadAD
HX711ROM
segment code
rseg
HX711ROM
sbit
ADDO = P1.5;
sbit
ADSK = P0.0;
/*-------------------------------------------------OUT: R4, R5, R6, R7
R7=>LSB
---------------------------------------------------*/
ReadAD:
CLR
ADSK
//AD Enable（PD_SCK set low）
SETB ADDO
//Enable 51CPU I/0
JB
ADDO,$
//AD conversion completed?
MOV
R4,#24
ShiftOut:
SETB ADSK
//PD_SCK set high（positive pulse）
NOP
CLR
ADSK
//PD_SCK set low
MOV
C,ADDO
//read on bit
XCH
A,R7
//move data
RLC
A
XCH
A,R7
XCH
A,R6
RLC
A
XCH
A,R6
XCH
A,R5
RLC
A
XCH
A,R5
DJNZ R4,ShiftOut
//moved 24BIT?
SETB ADSK
NOP
CLR
ADSK
RET
END
AVIA SEMICONDUCTOR
7
HX711
Reference Driver（C）
//------------------------------------------------------------------sbit
ADDO = P1^5;
sbit
ADSK = P0^0;
unsigned long ReadCount(void){
unsigned long Count;
unsigned char i;
ADDO=1;
ADSK=0;
Count=0;
while(ADDO);
for (i=0;i<24;i++){
ADSK=1;
Count=Count<<1;
ADSK=0;
if(ADDO) Count++;
}
ADSK=1;
Count=Count^0x800000;
ADSK=0;
return(Count);
}
AVIA SEMICONDUCTOR
8
HX711
Package Dimensions
9.90 10.10
9.70
6.00
6.20
5.80
3.90 4.10
3.70
1.27
0.48
0.39
1.60
1.20
MAX
Typ
Unit: mm
MIN
SOP-16L Package
AVIA SEMICONDUCTOR
9