Month: December 2019

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Building an electronic weight scale using a load cell sensor

Abstract

Load cells leverage the property of some materials that change their electrical resistance when subjected to compression and traction which determine their elastic deformation. The most common load cells available on the market have the shape of a metal bar with holes drilled in the central part to facilitate deformation (Figure 1).

Figure 1. Load Cell

In their typical use, the cells are blocked at one end and the weight applied to the opposite end. Strain gauges are inserted in the center of the bar, on the upper and lower faces with respect to the holes, which can be assimilated to resistive elements that change their electrical characteristics according to the level of deformation (extension or compression) to which they are subjected (Figure 2).

Figure 2. Load cell at rest and on load

These elements are linked together to form a Wheatstone bridge (Figure 3). The bridge is excited with an input voltage (Vex), and is able to generate an electrical output signal (Vo) proportional to the imbalance of resistive value between the elements A-C and B-D. At rest all the elements have the same resistive value, the bridge is balanced and the output voltage is zero. Under load the values ​​of the resistances change and consequently the value of the output voltage is proportional to the applied load.

Figure 3. Wheatstone bridge

To adequately sample the electrical output signal, the integrated circuit already set up for this type of application can be used. This is the HX711 (ref. [1]) whose block diagram is shown below:

Figure 4. HX711 internal block diagram

The electrical output signal of the load cell (Wheatstone bridge) is sent to one of the two input channels of the HX711 (channel selection is made through a multiplexer located at the input). Subsequently it is amplified by an operational amplifier with adjustable gain (32, 64 or 128) and finally sampled by a 24bit analog-digital converter (ADC). To read the sampled value, the HX711 provides a serial interface controlled by a clock signal. On the rising edges of the clock signal (PD_SCK) the 24 bits of the sampled value are made available on pin D_OUT one after the other. There are several libraries for Arduino and other microcontrollers for interfacing with this component.

The balance

The basic elements of the balance are the plates. Both plates are made of aluminum bars tightened at the ends by angular profiles:

Figure 5. Building elements of the balance

The aluminum elements are held together by steel rivets. The lower plate is used as a support base for the balance while the upper plate is used to support the load to be measured. The load cell is inserted in a “sandwitch” between two plates and anchored to the central bars of the lower plate at one end and the upper plate at the other end:

Figure 6. Anchoring of the load cell to the weighing plates

The following figure shows the balance in its final assembly:

References

[1] HX711 datasheet

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DSA: cosa sono e strumenti di supporto

Tachistoscopio

Si tratta di uno strumento per strutturare e migliorare la capacità, la velocità e la correttezza della lettura. E’ utilizzabile in presenza di dislessia o di altri disturbi che coinvolgono e complicano la capacità di leggere. E’ generalmente impiegato in ambito logopedico nei percorsi riabilitativi per esercitare  e potenziare la capacità di leggere.

Il tachistoscopio espone chi lo usa a stimoli visivi di durata breve e variabile: nel caso dei disturbi che coinvolgono la lettura, si usa per proporre esercizi di visualizzazione di liste di parole, per migliorare il riconoscimento visivo e la lettura veloce e globale della parola come unità, a “colpo d’occhio”, senza ricorrere alla lettura fonologica che procede lettera per lettera.

Lo strumento può essere utilizzato durante le sessioni di logopedia in presenza di uno specialista ma anche in modo autonomo a casa o altro luogo per continuare ad esercitare le proprie capacità di lettura.

Generalmente gli specialisti sono dotati di programmi software che includono questi strumenti tuttavia il loro utilizzo da parte del paziente può richiedere l’acquisto di una licenza software il cui costo può essere significativo. Per questa ragione, ho deciso di sviluppare alcuni di questi strumenti e metterli a disposizione degli utilizzatori (specialisti o pazienti) a titolo gratuito. Di seguito il link al tachistoscopio:

Tachistoscopio

Le istruzioni per utilizzarlo sono molto semplici. La schermata principale presenta una finestra di dialogo in alto a sinistra con i parametri di funzionamento:

  • Intervallo: è l’intervallo di tempo che intercorre tra la visualizzazione di una parola e la successiva. E’ espresso in millesimi di secondo, il valore di base è 2000 corrispondente a 2 secondi.
  • Tempo di esposizione: è il tempo di visualizzazione della singola parola sempre in millesimi di secondo, il valore di base è 500 corrispondente a mezzo secondo.
  • Posizione: è la posizione nella pagina all’interno della quale viene visualizzata la parola. Ci sono 9 posizioni selezionabili su una griglia di suddivisione della pagina di 3×3 caselle.
  • Lista: è la lista di parole da utilizzare. Ci sono alcune liste preimpostate utilizzabili per verificare il funzionamento dello strumento e dei diversi parametri di configurazione. E’ possibile visualizzare l’elenco delle parole della lista selezionata utilizzando il pulsante “Anteprima” e caricare una propria lista utilizzando il pulsante “Carica”. La lista è un semplice file di testo contenente una parola per riga. Una volta caricata la propria lista sarà possibile selezionarla dal menu a tendina. Il nome della lista corrisponderà con quello del file di testo utilizzato per il caricamento. Si noti che non è necessario inserire le parole divise in sillabe, così come non è necessario rispettare una regola sulle minuscole e maiuscole. Lo strumento gestisce questi aspetti in autonomia secondo le impostazioni che seguono.
  • Attiva sillabazione: se questa opzione è attivata, le parole saranno automaticamente suddivise in sillabe dallo strumento. La spaziatura fra una sillaba e la successiva potrà essere specificata con l’opzione seguente.
  • Spazi fra le sillabe: se l’opzione precedente è attiva, questo valore corrisponde al numero di spazi tra una sillaba e la successiva.
  • Verifica la parola: se questa opzione è attiva, dopo la visualizzazione di una parola verrà mostrato un dialogo di input nel quale l’utente dovrà inserire la parola appena vista. In caso di errore, lo strumento lo segnala in modo chiaro cambiando il colore del dialogo in rosso per un breve istante. Nel caso non fosse possibile inserire la parola corretta si potrà saltare il controllo inserendo la parola vuota. In tal senso questa opzione può anche essere utilizzata per regolare manualmente l’intervallo fra una parola e la successiva.
  • Ordine casuale: se attivata questa opzione consente di esporre le parole della lista in ordine casuale.
  • Dimensione carattere: è la dimensione del font utilizzata per visualizzare le parole.
  • Stile parola: è lo stile maiuscolo/minuscolo utilizzato per visualizzare le parole.

Una volta impostati i parametri desiderati, si può iniziare l’esercitazione premendo il pulsante “Inizia“. In qualsiasi momento è possibile interrompere l’esercitazione premendo il tasto “Esc” della tastiera. E’ consigliabile utilizzare sempre questo metodo per interrompere e riprendere una esercitazione perché viene mantenuta l’impostazione dei parametri, comprese eventuali liste caricate manualmente. Ricaricando la pagina del browser si perderebbero invece tutte le impostazioni fatte.

Cronotesto

Una variante del tachistoscopio è il “cronotesto”. Si tratta di un visualizzatore di testi che permette di esercitarsi nella lettura di un flusso di parole organizzate in un testo, secondo velocità e modalità di visualizzazione specifiche. Il testo viene visualizzato parola per parola secondo il verso naturale di lettura. E’ possibile impostare i seguenti parametri:

  • Intervallo fra le parole: è l’intervallo di tempo in millisecondi che intercorre fra la visualizzazione di una parola e la successiva.
  • Sillabe al secondo: il tempo di permanenza di una parola (in secondi) è dato dal numero di sillabe moltiplicato per questo parametro. Ad esempio se il numero di sillabe al secondo è 3, una parola di tre sillabe rimarrà attiva per 1 secondo, una parola di 6 sillabe per 2 secondi, una parola monosillabica per 1/3 di secondo.
  • Testo: è il testo da utilizzare nell’esercitazione. Ci sono alcuni testi preimpostati utilizzabili per verificare il funzionamento dello strumento e dei diversi parametri di configurazione. E’ possibile visualizzare il contenuto del testo utilizzando il pulsante “Anteprima” e caricare un proprio testo utilizzando il pulsante “Carica”. Il file contenente il testo deve essere di tipo testo (.txt) non è possibile utilizzare i formati pdf o word. Una volta caricato, il testo sarà reso disponibile nel menu a tendina. Il nome del testo corrisponderà con quello del file di testo utilizzato per il caricamento.
  • Dimensione carattere: è la dimensione del font utilizzata per visualizzare le parole.

Di seguito il link allo strumento: Cronotesto