Faça um torquímetro com Arduino Super barato!
Atualizações:
22/05/2022 – Nova versão V2 do desenho 3D disponível para baixar com diversas melhorias que você pode ver na página de download no ThingiVerse.
Nesse artigo vou te mostrar um projeto incrível de um torquimetro de baixo custo e preciso feito com Arduino! Aqui tem tudo que é necessário para você montar o seu próprio torquímetro e utilizar na sua casa ou oficina. O custo aproximado é de 150,00 reais somente, o que comparado a produtos comercialmente disponíveis é BEM abaixo.
O Arduino Pro Mini utilizado no projeto é o de 8 Mhz com o microcontrolador Atmega328P. Escolhi essa frequência ao invés de 16Mhz porque assim o microcontrolador pode trabalhar de forma confiável em tensões mais baixas de 2.7V até 5.5V. Isso é fundamental para alimentar o circuito diretamente com uma célula de Li-Ion 18650 (2,75V até 4,2V) sem a necessidade de utilizar um conversor DC-DC, o que deixaria o circuito mais caro e menos eficiente.
Para 16Mhz a tensão mínima para que o microcontrolador funcione de forma confiável é de 4.5V aproximadamente (datasheet). A variação de tensão da descarga da bateria não irá afetar a precisão do torquimetro de forma significativa, pois o módulo conversor A/D HX711 regula sua própria tensão de referência, e ela é relativamente estável.
O torque máximo que pode ser aplicado ao torquimetro com uma célula de carga de 20kg, e considerando as medidas do corpo impresso em 3D, segundo meus cálculos é de 4.7Kgf.m ou 47N.m. Porém, limitei o projeto na programação a 3Kgf.m ou 30N.m, para deixar uma folga para a célula de carga e principalmente não danificar a estrutura impressa em 3D. Não recomendo aplicar mais que 3Kgf.m ou 30N.m na estrutura impressa em 3D com PLA. Se você quiser aumentar o torque do projeto da para construir a estrutura do torquímetro de metal, utilizar uma célula de carga com maior capacidade de força e modificar os cálculos na programação.
A seguir temos a lista de materiais necessários:
- 1 – Arduino Pro Mini 8 Mhz;
- 1 – Módulo Display OLED I2C 128 x 64 0,96 INCH;
- 1 – Módulo Encoder Rotativo KY-040;
- 1 – Célula de Carga de 20KG;
- 1 – Módulo para leitura de Célula de Carga HX711;
- 1 – Bateria 18650 da capacidade desejada, eu utilizei 1A.h;
- 1 – Módulo de carga e descarga para bateria TP4056;
- 1 – Chave Liga/Desliga 2 Terminais KCD11 3A 125/250V;
- 1 – Conversor USB serial FT232 ou Arduino UNO sem microcontrolador para gravar o código no Arduino Pro Mini 8Mhz;
- 1 – Buzzer ATIVO 5V (quando alimentado com 5V já faz barulho);
- 2 – Metros de fio 0.5mm² de varias cores;
- 1 – Case impressa em 3D, montada em metal ou madeira;
Case e impressão 3D:
Eu decidi fazer toda a estrutura mecânica do projeto impressa em 3D devido a popularidade cada vez maior das impressoras 3Ds, porém, você pode tranquilamente montar o seu torquimetro utilizando tubos de metal ou madeira.
Versão V2 do desenho 3D com diversas melhorias:
Clique aqui para baixar todos os arquivos do desenho 3D V2 em STL
Versão V1 do desenho 3D obsoleta:
Clique aqui para baixar todos os arquivos do desenho 3D V1 em STL
O código a ser carregado no Arduino:
Como o Arduino Pro Mini não vem com conversor USB serial temos que utilizar um gravador externo como um FT232, CH340 ou um Arduino UNO sem microcontrolador por exemplo.
Não esqueça de selecionar na IDE do Arduino o Arduino Pro Mini e depois a opção ATmega328P 8Mhz.
Abaixo segue a programação utilizada. Para carregar o código no Arduino você terá que adicionar algumas bibliotecas na IDE do Arduino e essas bibliotecas estão disponíveis aqui em baixo para download.
Biblioteca HX711;
Biblioteca RotaryEncoder;
Biblioteca Adafruit_SSD1306;
Biblioteca Adafruit GFX.
As outras bibliotecas que conta no código já são vem junto com a IDE do Arduino e não é necessário sua instalação.
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/********************************************* Autor: Marlon Nardi Walendorff Projeto: Faça um torquímetro com Arduino Super barato! Detalhes do projeto: https://marlonnardi.com/2022/03/18/faca-um-torquimetro-com-arduino-super-barato /**********************************************/ //==================== Inclusão de Bibliotecas =================// #include <Adafruit_SSD1306.h> #include "HX711.h" #include <Wire.h> #include <RotaryEncoder.h> #include <EEPROM.h> //==================== Mapeamento de Hardware ==================// #define pin_Encoder_DT 2 #define pin_Encoder_CLK 3 #define pin_Encoder_SW 4 #define pin_HX711_SCK 5 #define pin_HX711_DT 6 #define pin_Buzzer 7 //==================== Instânciando Objetos ====================// Adafruit_SSD1306 Display(128, 64, &Wire, -1, 400000, 400000); HX711 CelulaDeCarga; RotaryEncoder EncoderOne(pin_Encoder_CLK, pin_Encoder_DT); //==================== Variáveis Globais ==================// byte cliquesButton = 0; float valorCalibration; float valorAjusteTorque; float valorEncoder; unsigned long valorMillisInicial; unsigned long valorMillisFinal; byte aux = 0; byte aux2 = 0; long valorUnidadeMedida = 0; byte UnidadeMedida = 0; float valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM; float valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM; float valor_Torque_KGFCM; float valor_Torque_NM; void setup() { //Inicializa o OLED 128X64 0.96 INCH com endereço I2C 0x3C Display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); Display.setTextColor(WHITE); //Define a cor do texto //Limpa o display, necessário para apagar a imagem inicial da adafruit Display.clearDisplay(); //Atualiza o display Display.display(); //Configura pino como entrada PULL-UP pinMode(pin_Encoder_SW, INPUT_PULLUP); pinMode(pin_Buzzer, OUTPUT); CelulaDeCarga.begin (pin_HX711_DT, pin_HX711_SCK); Serial.begin(9600); //================= Interrupção Externa ========================// /* Vincula duas interrupções externas no pino 2 e 3 nas funções ISR0 e ISR1 para garantir que o encoder sempre seja lido com prioridade. */ attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), ISR0, CHANGE); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), ISR1, CHANGE); EEPROM.get(0, valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM); EEPROM.put(0, valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM); EEPROM.get(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); EEPROM.put(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); EEPROM.get(20, valorCalibration); EEPROM.put(20, valorCalibration); CelulaDeCarga.set_scale(valorCalibration); CelulaDeCarga.tare(); Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto //Posição Largura/Altura Display.setCursor(0, 0); Display.print("Acesse o projeto em:"); Display.setTextSize(1); //Define o tamanho da fonte do texto //Posição Largura/Altura Display.setCursor(0, 25); Display.print("marlonnardi.com"); Display.display(); delay(2000); Display.clearDisplay(); Display.display(); } void loop() { Seleciona_Tela(); } //================== ISRs Interrupções Externas =======================// /* Caso qualquer pino do encoder envie sinal, o metodo .tick() sempre será chamado, atualizando o valor do encoder via sua biblioteca. */ void ISR0()// Função ligada a uma interrupção ISR logo não pode retornar valor e deve ser mais rápida possível { EncoderOne.tick();// Começa a ler o valor do encoder }//-------------------------endISR0 void ISR1()// Função ligada a uma interrupção ISR logo não pode retornar valor e deve ser mais rápida possível { EncoderOne.tick();// Começa a ler o valor do encoder }//------------------------endISR1 void Seleciona_Tela() { if (digitalRead(pin_Encoder_SW)) //Se o botão está solto { valorMillisInicial = millis(); } if (digitalRead(pin_Encoder_SW) && cliquesButton > 0) //Se o botão está solto { aux = 1; } if (!digitalRead(pin_Encoder_SW) && aux == 1) ////Se o botão foi pressionado { cliquesButton = 0; aux = 0; } if (!digitalRead(pin_Encoder_SW)) ////Se o botão foi pressionado { EEPROM.put(0, valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM); EEPROM.put(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); if (aux2 == 1) { CelulaDeCarga.tare(); aux2 = 0; } valorMillisFinal = millis(); if ((valorMillisFinal - valorMillisInicial) >= 500 && (valorMillisFinal - valorMillisInicial) <= 600) { EncoderOne.setPosition(0); digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); cliquesButton = 1; } if ((valorMillisFinal - valorMillisInicial) >= 1500 && (valorMillisFinal - valorMillisInicial) <= 1600) { EEPROM.get(0, valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM); EncoderOne.setPosition(valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM); digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); cliquesButton = 2; } if ((valorMillisFinal - valorMillisInicial) >= 4000 && (valorMillisFinal - valorMillisInicial) <= 4100) { EEPROM.get(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); EncoderOne.setPosition(valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); cliquesButton = 3; } if ((valorMillisFinal - valorMillisInicial) >= 7000 && (valorMillisFinal - valorMillisInicial) <= 7100) { digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); delay(100); digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); delay(100); cliquesButton = 4; } } switch (cliquesButton) { case 0: Tela_Torque(); break; case 1: Tela_Tara(); break; case 2: Tela_Ajuste_Torque(); break; case 3: Tela_KGFM_NM(); break; case 4: Tela_Calibration(); break; } } //============================================= Tela_Tara() ===============================// void Tela_Tara() { Display.clearDisplay(); Display.setTextSize(3); //Define o tamanho da fonte do texto //Posição Largura/Altura Display.setCursor(45, 25); //Posição Largura/Altura Display.setCursor(20, 0); Display.print("Tara?"); if (EncoderOne.getPosition() <= 0) { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(45, 35); Display.print("NO"); aux2 = 0; EncoderOne.setPosition(0); } else { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(35, 35); Display.print("YES"); aux2 = 1; EncoderOne.setPosition(1); } Display.display(); } //============================================= Tela_Torque()===============================// void Tela_Torque() { Display.clearDisplay(); Display.setTextSize(2); //Define o tamanho da fonte do texto //Posição Largura/Altura Display.setCursor(0, 0); valorAjusteTorque = valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM / 10; EEPROM.get(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); if (!valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) //kgF.m { Display.print(valorAjusteTorque / 9.81, 2); } if (valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) //N.m { Display.print(valorAjusteTorque, 1); } Display.setTextSize(4); //--------------- Valor Torque em kgF.m --------------------// EEPROM.get(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); if (!valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) { EEPROM.get(20, valorCalibration); if (CelulaDeCarga.get_units() > 0) { if (CelulaDeCarga.get_units() >= 10) { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(18, 26); Display.print(CelulaDeCarga.get_units(), 2); } else { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(15, 26); Display.print(CelulaDeCarga.get_units(), 2); } } else { if (CelulaDeCarga.get_units() <= -10) { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(0, 26); Display.print(CelulaDeCarga.get_units(), 2); } else { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(0, 26); Display.print(CelulaDeCarga.get_units(), 2); } } } //--------------- Valor Torque em N.m --------------------// EEPROM.get(20, valorCalibration); EEPROM.get(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); if (valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) { if (CelulaDeCarga.get_units() * 9.81 > 0) { if ((CelulaDeCarga.get_units() * 9.81) >= 10) { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(15, 26); Display.print(((CelulaDeCarga.get_units() * 9.81)), 1); } else { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(30, 26); Display.print(((CelulaDeCarga.get_units() * 9.81)), 1); } } else { if ((CelulaDeCarga.get_units() * 9.81) <= -10) { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(5, 26); Display.print(((CelulaDeCarga.get_units() * 9.81)), 1); } else { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(10, 26); Display.print(((CelulaDeCarga.get_units() * 9.81)), 1); } } } Display.setTextSize(2); EEPROM.get(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); if (!valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) { Display.setCursor(60, 0); Display.print("kgF.m"); if (digitalRead(pin_Encoder_SW)) { EEPROM.get(0, valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM); if ((CelulaDeCarga.get_units()) >= ((valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM / 10) / 9.81) || CelulaDeCarga.get_units() <= (-1 * ((valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM / 10) / 9.81))) { digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); } else { digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); } } } if (valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) { Display.setCursor(63, 0); Display.print("N.m"); if (digitalRead(pin_Encoder_SW)) { EEPROM.get(0, valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM); if ((CelulaDeCarga.get_units()) * 9.81 >= ((valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM / 10)) || (CelulaDeCarga.get_units()) * 9.81 <= (-1 * (valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM / 10))) { digitalWrite(pin_Buzzer, HIGH); } else { digitalWrite(pin_Buzzer, LOW); } } } Display.display(); }//-----endTelaTorque //============================================= Tela_Ajuste_Torque() ===============================// void Tela_Ajuste_Torque() { valorEncoder = EncoderOne.getPosition();//Captura o valor do encoder valorEncoder_AjusteTorque_EEPROM = valorEncoder; valorAjusteTorque = (valorEncoder / 10); if (valorAjusteTorque < 0.0) { EncoderOne.setPosition(0); } if (valorAjusteTorque > 30.0) { EncoderOne.setPosition(300); } Display.clearDisplay(); Display.setTextSize(4); EEPROM.get(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); if (!valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) //kgF.m { if (valorAjusteTorque >= 10) { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(15, 26); Display.print(valorAjusteTorque / 9.81, 2); } else { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(30, 26); Display.print(valorAjusteTorque / 9.81, 2); } } if (valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) //N.m { if (valorAjusteTorque >= 10) { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(15, 26); Display.print(valorAjusteTorque, 1); } else { //Posição Largura/Altura Display.setCursor(30, 26); Display.print(valorAjusteTorque, 1); } } Display.setTextSize(2); Display.setCursor(0, 0); Display.print("Conf."); EEPROM.get(10, valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM); if (!valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) { Display.setCursor(60, 0); Display.print("kgF.m"); } if (valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM) { Display.setCursor(63, 0); Display.print("N.m"); } Display.display(); }//---endTela_Ajuste_Torque //============================================= Tela_KGFM_NM() ===============================// void Tela_KGFM_NM() { EEPROM.get(10, valorEncoder); valorEncoder = EncoderOne.getPosition();//Captura o valor do encoder valorEncoder_Ajuste_Unidade_Medida_EEPROM = valorEncoder; valorUnidadeMedida = valorEncoder; if (valorUnidadeMedida < 0) { // kgF.m UnidadeMedida = 0; EncoderOne.setPosition(0); } if (valorUnidadeMedida > 1) { // N.m UnidadeMedida = 1; EncoderOne.setPosition(1); } Display.clearDisplay(); //Posição Largura/Altura Display.setTextSize(3); if (!UnidadeMedida) { Display.setCursor(18, 26); Display.print("kgF.m"); } if (UnidadeMedida) { Display.setCursor(35, 26); Display.print("N.m"); } Display.display(); } //============================================= Tela_Calibration() ===============================// void Tela_Calibration() { //39,5 cm ou 395mm - 2kg Display.clearDisplay(); Display.setTextSize(1); //Posição Largura/Altura Display.setCursor(0, 0); Display.print("Calibration"); Display.setCursor(0, 20); Display.print("2 kgf a 39.5 cm do eixo"); Display.display(); delay(5000); //0,79 kgF.m ou 7,9N.m valorCalibration = (CelulaDeCarga.get_value() / 0.79); EEPROM.put(20, valorCalibration); CelulaDeCarga.set_scale(valorCalibration); Serial.print("valorCalibration: "); Serial.println(valorCalibration); cliquesButton = 0; } |
Logo abaixo o circuito que deve ser montado:
Para abrir a imagem em alta resolução clique aqui e utilize o zoom.
No vídeo abaixo você encontra o passo a passo para montar o projeto:
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