这一直是一个比较沉重的话题。
火箭发动机的推力曲线是检验设计的重要依据，也是计算火箭升空运动轨迹所必不可少之数据，因此，测量火箭发动机的推力曲线，是每一个火箭爱好者都将面临的问题。
然而采集推力之系统之设计，所需的电子专业知识较多，并非一般爱好者所能掌握。


作为USB推力计（https://www.kechuang.org/t/58561）的设计者，我收到最多的用户反馈就是：“能不能提供SD卡记录的版本？我怕我的电脑放在旁边被炸烂了。”
然而，任何电子产品的设计，都是要花一番功夫的，因为用户大多不懂电子，设计者需要考虑许多因素，以防止用户在使用过程中遇到无法自行解决的问题。加之我并不是电子专业的学生，有更多重要的事情等着我去浪费时间。于是便一拖再拖。


另一方面，虽然USB推力计65元的售价，以零件成本来看简直是房地产一般的暴利，但我仍然不太愿意接订单，因为每次出货都要焊接一堆线，我毕竟不是专业焊板师傅，这又花掉不少宝贵时间。每个人的时间都很值钱！这是许多更为年轻的学生所无法体会的。


因此我决定授人以渔，教大家做推力计。读完这个帖子，你一定能自己做一个推力计，让它记录你的火箭发动机的工作过程。这也是我所希望的：我可以节省许多时间；而大家不仅可以获得一个廉价推力计，还可以享受动手的乐趣。


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原理


称重传感器在受到外力时，会发生形变，引起其中的应变电阻片的阻值变化。具体参见维基百科：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/wiki/%E6%83%A0%E6%96%AF%E7%99%BB%E9%9B%BB%E6%A9%8B
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/wiki/%E5%BA%94%E5%8F%98%E7%89%87
最终引致输出电压变化。这个输出电压的变化很微弱，需要用hx711这一类专用芯片实现放大与采集。


arduino上的avr单片机与hx711通信，读取hx711通过测量称重传感器内的应变电阻桥所获取的电压数据，并存储到SD卡里。稍后可以将SD卡插入电脑，用excel等软件处理之前记录的数据。


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材料


1)基于ATMega328p 的 Arduino Uno 或者 Arduino Pro Mini（后者仅限懂折腾人士！）


2)SD卡模块


3)杜邦线一排
4)HX711模块


5)称重传感器



以上都是可以从淘宝买到的。除了称重传感器，其他基本上一家可以买全。价格也都非常便宜。如果你床底下有Arduino，把它拿出来吧。

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准备工作


市售的一部分绿色pcb的HX711模块存在严重bug，见 https://www.kechuang.org/t/68311
解决方法是：
1）把HX711用风枪或者别的方式拆下来，会发现芯片第14和15脚之间有一条线（藏在芯片底部，不拆下来看不到），用刀将其彻底割断。然后把芯片焊回去，并把15和16脚用焊锡连起来。这样可将采样频率提高到100Hz。
2）从E-到GND飞一条线，这样可以提高信躁比。


由于各位一般没有风枪，可以这样：
1）用烙铁加热15脚，将其挑起后折弯，靠在16脚上，用焊锡连接。不要再让15脚接触到原来15脚所在的焊盘。
2）从E-到GND飞一条线。


或者更简单：不要购买有问题的hx711模块。


所用的SD卡内如果不是FAT文件系统，需要首先格式化为FAT文件系统。方法过于简单，请诸君自行百度。
不一定支持所有SD卡。建议使用容量较小的卡。


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连接


*通常情况下，我们将Arduino用USB线连接到电脑以便于测试。但也可使用锂电池或者5号电池，配合升压电路，向Arduino提供5V电源，便于在室外使用。由于具体动手过程过于简单，本篇文章不加赘述，各位读者可自行解决。


arduino 到 hx711模块：
5V --- VCC
2 --- DT
3 --- SCK
GND --- GND


arduino 到 SD卡模块：
5V --- 5V
11 --- MOSI
12 --- MISO
13 --- SCK或者CLK
4 --- CS
GND --- GND


*之所以采用4脚作为SD卡的chip select信号，是为了对应 Ethernet Shield 上面的SD脚位。但spi外设的10脚依然被征用，因此请不要改动程序中10脚的模式或状态。


hx711到称重传感器：


E+/E- ：电阻桥对称的两端
A+/A- ：电阻桥剩下的两端


任一对反接，会导致输出数据之正负变化颠倒，但对测量精度无影响。
称重传感器不同颜色引线所对应的桥臂，应参考商家资料。


连接完成如下图。






黑色是一个改进版的arduino，有排针，便于使用杜邦线。
蓝色是SD卡模块。
红色是2GB SD卡。
绿色是HX711模块。
白色是传感器。

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程序


安装arduino 1.0.5或者1.0.6。给arduino刷入程序的步骤，网上教程过多，在此不赘述。


必须将整个文件夹从压缩包中解压至硬盘，再打开ino后缀的arduino文件，因为arduino IDE要求文件被包含在同名文件夹中。



thrust_logger.zip 3.83KB ZIP 550次下载



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使用方法


如果系统通电前不连接SD卡，则仅向串口输出数据，数据可使用mvmeterPC软件，通过USB串口的方式采集。见 https://www.kechuang.org/t/65777
如果系统通电前已插入SD卡，则在向串口输出数据的同时，也将数据写入SD卡。


将Arduino的8号脚，用杜邦线连接至GND，即开始记录，可看到板子上的TX灯闪烁；将8脚的连接断开，即停止记录。也可以用一个自锁开关来代替杜邦线，控制开始与停止。


在系统断电前一定要断开8脚以停止记录！否则文件无法正常保存到SD卡内，可能引起文件系统错误（这和电脑强制关机会导致文件损坏的原理相同）。


保存文件名默认为datalog.csv，如果该文件不存在，它将会被创建；如果该文件已存在，新的数据将会被附加到原文件的末尾。


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测试

在称重传感器受力方向来回施加压力与拉力，利用excel对采集到的数据作折线图，应得到类似正弦波的波浪线。