Arduino al rescate de una balanza

Motivación

Al igual que la Pava eléctrica, la balanza de cocina dejó de funcionar al poco tiempo de uso, simplemente encendía y quedaba siempre en cero. La desarmé para ver si se podía hacer algo, pero a simple vista no había nada que pareciera estar mal, y como se trataba de un típico chip-on-board las chances de repararla eran nulas.

De los elementos que formaban la balanza, lo único que podía ser útil era el sensor de peso o “strain gauge”, así que me propuse diseñar una balanza nueva.

El sensor de peso

Resulta que el sensor de peso de 5 Kg que traía la balanza es bastante común y existe un módulo basado en el chip HX711 que hace de amplificador de la tensión diferencial que se genera en el puente de Wheatstone y además convierten de analógico a digital. La forma de conectarlo es la siguiente:

También, gracias a la magia del código abierto, existe un módulo de software para Arduino para comunicarse con el HX711 y leer el dato del peso.

Arduino Pro Mini y el display

Para este proyecto necesitaba muchas puertas de I/O: 11 salidas para manejar los 4 dígitos del display de 7 segmentos que muestra el peso, 2 para clock y datos del HX711 y una entrada leer la tecla de puesta a cero (tara). Al mismo tiempo tenía que ser lo suficientemente pequeño para caber dentro del gabinete de la balanza. Para esto el Arduino Pro Mini resultó no sólo ser barato (no tiene la interfaz serie ni la fuente de alimentación del Arduino Uno), sino que también tiene la separación de pines que calza exactamente con los del cuádruple display de 7 segmentos, con lo cual el montaje quedó super compacto:

En cuanto al manejo del display usé una idea sencilla que permite ahorrar componentes: tradicionalmente se suele poner un transistor, con su resistencia en la base) por cada dígito de manera de soportar la corriente de los 7 segmentos del dígito, y 7 resistencias más, una por cada segmento, para limitar la corriente de cada led. Pero si resignamos un poco de luminosidad y encendemos de a un segmento por vez y un display por vez, sólo necesitamos 4 resistencias, una por cada display ánodo común, ya que cada salida del controlador puede manejar la corriente necesaria para un led, lo cual simplifica mucho el conexionado.

Así quedó el circuito:

La alimentación del circuito se realiza mediante una fuente externa de 5V, que puede provenir de un simple cargador de celular, para lo cual le puse un conector micro-usb montada al gabinete. Así quedó todo dentro de la Arduino-balanza:

Software

El soft es una clásica aplicación Arduino son su setup() y loop(), aunque decidí usar una interrupción de timer para el multiplexado de los segmentos y dígitos. No conocía mucho del manejo de los registros de los timers del microcontrolador, pero encontré un buen artículo en www.instructables.com con todo lo que necesitaba. La interrición de tiempo se genera cada 512 microsegundos y en ella lo que se hace es apagar el segmento que estaba encendido, calcular cuál es el próximo segmento y encenderlo, para lo cual hay que poner HIGH en el ánodo del display correspondiente y LOW en el segmento. El ciclo completo dura 28 * 0.512 = 14 milisegundos, lo que da una buena frecuencia de refresco.

El código lo publiqué en Github: código fuente de la balanza.

La balanza terminada y funcionando: