Hoy en día, la medición precisa del peso y la fuerza resulta clave tanto en aplicaciones industriales como en proyectos domésticos y de investigación. Si alguna vez te has preguntado qué es un sensor de galgas extensiométricas y cómo se complementa con el módulo HX711 para crear balanzas digitales de alta precisión, estás en el lugar adecuado. Aquí desgranaremos todos los aspectos, desde la teoría hasta la práctica, para que comprendas cada detalle y aprendas a implementar tu propio sistema de pesaje.
En los últimos tiempos se ha popularizado el uso de galgas extensiométricas junto a módulos como el HX711 en la creación de balanzas caseras, productos domóticos e incluso experimentos escolares. Lo mejor de todo es que estos componentes son asequibles, compatibles con plataformas como Arduino y permiten obtener mediciones fiables a nivel profesional si se calibran correctamente. Vamos a verlo todo paso a paso, desde el funcionamiento básico hasta la integración y programación.
¿Qué es una galga extensiométrica y cómo funciona?
La galga extensiométrica es un sensor piezorresistivo que transforma una deformación (ya sea por presión, tracción o compresión) en una variación de resistencia eléctrica, lo que nos permite medir de forma indirecta fuerzas o peso aplicados sobre una superficie. Esta propiedad es fundamental para la detección de cargas en celdas de carga modernas.
En su diseño más básico, una galga consiste en un filamento metálico muy fino dispuesto en el interior de una película adhesiva. Cuando la estructura donde está pegada se deforma, el filamento se estira o se comprime, cambiando su resistencia. Este cambio, aunque pequeño, es proporcional a la fuerza ejercida y puede analizarse eléctricamente.
El efecto piezorresistivo en la galga hace que, al estirarse, aumente su resistencia, y al comprimirse, disminuya. Esto permite transformar un esfuerzo físico en una señal eléctrica medible con precisión.
Estas galgas suelen tener valores de resistencia estándar como 120Ω, 350Ω o 1000Ω, y los cambios producidos por las deformaciones son mínimos: por ejemplo, una variación de apenas 0.12Ω sobre 120Ω para cargas notables. Sin embargo, sin un sistema de amplificación y medición adecuado, estas pequeñas variaciones serían difíciles de detectar.
Celda de carga: la aplicación de las galgas extensiométricas
Una celda de carga es un transductor que aprovecha las galgas extensiométricas para convertir fuerzas mecánicas en señales eléctricas. El principio de funcionamiento es sencillo: se adhieren una o varias galgas a una estructura metálica diseñada para deformarse de forma predecible bajo carga. Cuando se aplica peso, la estructura se deforma, las galgas también, y se genera una señal eléctrica proporcional al esfuerzo.
Existen distintos tipos de celdas de carga (hidráulicas, neumáticas, de galga extensiométrica…), aunque en electrónica y sistemas embebidos la más común es la de galga extensiométrica. Su diseño consistente permite alcanzar una gran precisión y estabilidad.
Las celdas varían en tamaño, forma, capacidad y disposición mecánica, desde pequeñas para pesar gramos hasta versiones industriales para toneladas.
Internamente, la mayoría de celdas de carga montan 1, 2 o 4 galgas extensiométricas formando un puente Wheatstone, circuito eléctrico sensible a pequeñas variaciones de resistencia.
Puente Wheatstone: el secreto de la sensibilidad
El puente Wheatstone es un circuito de cuatro resistencias dispuestas en cuadrado, en el que una o varias pueden ser galgas extensiométricas. Cuando no hay carga, el circuito está en equilibrio y no hay diferencia de potencial entre sus salidas. Al deformar las galgas, ese equilibrio se rompe y aparecen diferencias de tensión detectables que reflejan la carga aplicada.
Esta configuración multiplica la sensibilidad a los cambios de resistencia y permite detectar variaciones minúsculas, que serían imposibles de captar de otra forma.
En balanzas caseras o de laboratorio, es habitual emplear cuatro galgas formando un puente Wheatstone completo, como en muchas básculas de baño y plataformas de pesaje. Esto ayuda a reducir errores por temperatura, mejorar la linealidad y la precisión.
¿Por qué necesitamos el módulo HX711?
Aunque el puente Wheatstone amplifica las variaciones de tensión, los cambios son extremadamente pequeños (del orden de microvoltios). Los microcontroladores como Arduino apenas pueden detectarlas, mucho menos realizar mediciones precisas.
El módulo HX711 es un chip diseñado específicamente para sistemas de pesaje con celdas de carga de galgas extensiométricas, facilitando la lectura precisa.
El HX711 funciona como amplificador de instrumentación y convertidor analógico-digital (ADC) de 24 bits. Su función principal consiste en:
- Recibir la señal diferencial del puente Wheatstone.
- Amplificarla para facilitar su lectura.
- Transformarla en una señal digital de alta resolución para que el microcontrolador pueda procesarla.
Además, el HX711 presenta una interfaz digital sencilla con solo 2 pines (Clock y Data), similar al bus I2C, que simplifica la conexión y comunicación con el software.
Características del módulo HX711
El HX711 destaca por su alta sensibilidad y bajo costo. Algunas de sus principales características son:
- Precisión de 24 bits para detectar cambios mínimos de peso.
- Amplificación de señal integrada y programable (normalmente x128 o x64).
- Dos canales independientes de entrada analógica.
- Interfaz digital con 2 pines (Serial Data y Serial Clock).
- Alimentación de 2,6V a 5,5V, compatible con Arduino y otros microcontroladores.
- Bajo consumo energético.
El módulo generalmente viene acompañado de dos filas de pines: una para conectar a la celda de carga y otra para el microcontrolador.
Estos pines suelen etiquetarse como: E+, E-, A+, A-, VCC, GND, DT, SCK. Los cables típicos de una celda de carga son:
- Rojo: Excitación positiva (E+ / VCC)
- Negro: Excitación negativa (E- / GND)
- Blanco: Salida negativa (A-)
- Verde: Salida positiva (A+)
Tipos de conexiones y variantes de celdas de carga
El cableado estándar de una celda de carga es de cuatro hilos, aunque puede variar en colores según el fabricante. Algunas versiones económicas o recicladas tienen tres hilos, y otras más avanzadas incluyen un quinto cable amarillo o azul, para blindaje o tierra.
En proyectos caseros, las celdas de carga más habituales son de 5 kg o 20 kg, aunque existen versiones de hasta 50 kg o superiores para aplicaciones industriales.
Para conectar varias celdas, como en básculas de baño, se emplea un módulo combinador o la conexión manual, requiriendo conocimientos eléctricos. Es importante tener en cuenta el sentido de la flecha en la celda para una correcta medición, asegurando que la parte central quede libre y la deformación sea óptima.
Montaje de una balanza digital: materiales y conexiones
Para construir una báscula digital con galgas extensiométricas y HX711, necesitarás:
- Un microcontrolador (Arduino UNO, Nano, Mega, ESP8266, etc.).
- Al menos una celda de carga (de 1kg, 5kg, 20kg… según necesidad).
- Un módulo HX711.
- Una superficie rígida para la plataforma.
- Cables, conectores y tornillería.
Opcionalmente, puedes añadir:
- Pantalla LCD o display para mostrar el peso.
- Botones para tara y modo.
- Soportes o placas para la estructura.
- Componentes de conectividad como WiFi o Bluetooth con ESP8266/ESP32.
Las conexiones son sencillas:
- Conectar los cables de la celda a los pines del HX711: Rojo a E+, Negro a E-, Blanco a A-, Verde a A+.
- VCC y GND del HX711 al 5V y GND del microcontrolador.
- DT y SCK del HX711 a pines digitales (ejemplo 3 y 2).
- Montar la celda en la estructura, asegurando que solo la zona central quede libre para medir correctamente.
Programación con Arduino y calibración de la báscula
Para leer los datos, se usa la librería HX711 de Bogde, disponible en el Gestor de Librerías de Arduino IDE. Algunas funciones clave incluyen:
- begin(pinData, pinClock): inicia el módulo.
- tare(n): establece peso cero en la función de tara.
- set_scale(escala): define el factor que convierte las lecturas en unidades de peso.
- read() / read_average(n): obtiene lecturas en bruto o promedios.
- get_value(n): devuelve la lectura sin peso de tara.
- get_units(n): ofrece el peso ajustado con la escala y tara.
La calibración consiste en colocar un peso conocido, tomar la lectura, y calcular el factor de escala: escala = lectura / peso real. Luego, se introduce en el código para ajustar lecturas futuras.
Se recomienda realizar varias mediciones y ajustar el factor de escala en el monitor serie para obtener resultados precisos y estables.
Programas ejemplo para balanza digital con HX711 y Arduino
Un ejemplo sencillo que muestra el peso en monitor serie sería:
#include "HX711.h"
#define CALIBRACION 20780.0 // Sustituir por tu propio valor
byte pinData = 3;
byte pinClk = 2;
HX711 balanza;
void setup() {
Serial.begin(9600);
balanza.begin(pinData, pinClk);
balanza.set_scale(CALIBRACION);
balanza.tare();
}
void loop() {
Serial.print("Peso actual: ");
Serial.print(balanza.get_units(10), 1);
Serial.println(" kg");
delay(500);
}
Se puede mejorar el sistema añadiendo pantalla LCD, botones o almacenando la escala en EEPROM para calibraciones rápidas y precisas, logrando una experiencia más profesional.
Posibles problemas y consejos prácticos
1. Variaciones en los colores de los cables: verifica las conexiones con el datasheet o midiendo resistencias. Generalmente, el par con mayor resistencia corresponde a la excitación (+/-).
2. Lecturas incoherentes: intercambia los cables de salida A+ y A- si las mediciones parecen invertidas o erráticas.
3. Estabilidad mecánica: asegúrate de fijar correctamente la celda y que solo la parte central de la estructura soporte peso para evitar errores.
4. Ruido y interferencias: utiliza cables cortos y apantallados si es posible, y aleja el sistema de fuentes de ruido eléctrico.
5. Variaciones por temperatura: las galgas son sensibles a cambios térmicos; si es posible, realiza calibraciones en condiciones estables o usa celdas con 4 galgas.
Expansión y posibles aplicaciones del sistema
Con tu sistema operativo, puedes agregar funcionalidades:
- Mostrar peso en una pantalla LCD.
- Programar alertas para límites de peso.
- Conectarlo a la nube vía ESP8266/ESP32 para seguimiento remoto.
- Usarlo en experimentos, medición de ingredientes, automatización, domótica, etc.
La integración del HX711 facilita proyectos educativos, control de inventario, balanzas comerciales, control de bombonas, y muchas ideas creativas más.
