基于HX711和Arduino构建便携式负载秤

chencui 2022-08-01 8477

便携设备

121人已加入

描述

　　数字负载秤是现代工程和设计的另一个奇迹。是的，我们谈论的是我们在大多数杂货店和其他地方经常看到的体重秤，但你有没有想过体重秤是如何工作的？为了回答这个问题，在这个项目中，我们将看看称重传感器及其工作原理。最后，我们将使用 HX711 重量传感器构建一个基于 Arduino 的便携式负载秤，它可以测量高达 10 公斤的重量。

　　这台称重机非常适合本地商店，他们在那里批量包装物品。与商业产品一样，我们的体重秤将有一个归零按钮，可将秤清零。此外，它具有设置重量进行测量的选项，当测量重量达到设定重量时，蜂鸣器快速响起，当设定重量等于测量重量时停止。这样，用户只需听到声音就可以打包，而不必看显示器。由于这是一个非常简单的项目，我们将使用 Arduino 和应变计称重传感器等组件非常轻松地构建它。所以，事不宜迟，让我们开始吧。

　　Arduino称重机工作

　　该项目的主要部件是一个称重传感器和HX711 称重传感器放大器模块。如您所见，一侧标有十公斤。另外，您会注意到称重传感器上方有某种白色保护胶，并出现了四种不同颜色的电线，将在本文后面揭开白色保护胶下面的秘密以及这些四色电线的功能。

　　称重传感器是将力或压力转换为电输出的传感器。它有两个侧面，比如说右侧和左侧，它是由铝块制成的。正如你所看到的，材料的中间通过放一个大孔变薄了。这就是为什么当负载放置在安装侧时会发生变形的点。现在想象一下，右侧传感器安装在底座上，左侧是放置负载的位置，由于中间的巨大孔，这种配置会使应变仪称重传感器变形。

　　当负载放在称重传感器的负载侧时，顶部会受到拉力，而底部会受到压力。这就是铝条在左侧向下弯曲的原因。如果我们测量这种变形，我们可以测量施加在铝块上的力，这正是我们要做的。

Arduino

　　现在，问题仍然是白色保护胶里面是什么？在这种保护胶里面，我们会发现一个非常薄的弹性元件，叫做应变仪。应变计是用于测量应变的组件。如果我们仔细观察这个组件，我们可以看到两个连接焊盘，然后我们有一个重复偏转的导线图案。该导线具有确定的电阻。当我们弯曲它时，电阻值会改变吗？因此，将应变片的一侧安装并固定在一个地方，如果我们在铝棒的另一侧放置一个重物，这将迫使应变片弯曲，从而导致电阻发生变化。这实际上是如何发生的？应变片的导电图案是用铜做的，这根导线会有一定的面积和长度，所以这两个单元会给出导线的电阻。导线的电阻与电流的流动相反。现在很明显如果这条线的面积变小了更少的电子可以通过意味着更低的电流。现在，如果我们增加面积，它将增加导体的电阻。如果对该线施加一些力，这将拉伸该区域，同时它会变小，电阻会增加。但是这种电阻变化非常小。如果我们拉伸应变片，电阻会增加，如果我们压缩它，电阻会变小。为了测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化非常小。因此，我们可以轻松地测量电压，而不是测量电阻。因此，在这种情况下，我们需要将仪表输出从电阻值转换为电压值。如果对该线施加一些力，这将拉伸该区域，同时它会变小，电阻会增加。但是这种电阻变化非常小。如果我们拉伸应变片，电阻会增加，如果我们压缩它，电阻会变小。为了测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化非常小。因此，我们可以轻松地测量电压，而不是测量电阻。因此，在这种情况下，我们需要将仪表输出从电阻值转换为电压值。如果对该线施加一些力，这将拉伸该区域，同时它会变小，电阻会增加。但是这种电阻变化非常小。如果我们拉伸应变片，电阻会增加，如果我们压缩它，电阻会变小。为了测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化非常小。因此，我们可以轻松地测量电压，而不是测量电阻。因此，在这种情况下，我们需要将仪表输出从电阻值转换为电压值。阻力会越来越低。为了测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化非常小。因此，我们可以轻松地测量电压，而不是测量电阻。因此，在这种情况下，我们需要将仪表输出从电阻值转换为电压值。阻力会越来越低。为了测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化非常小。因此，我们可以轻松地测量电压，而不是测量电阻。因此，在这种情况下，我们需要将仪表输出从电阻值转换为电压值。

Arduino

　　我们可以在惠斯通电桥的帮助下做到这一点。如果电桥是平衡的，我们将应变计放置在惠斯通电桥中，中间点的电压应该为零（之前我们已经建立了一个项目，其中我们描述了惠斯通电桥的工作原理，如果你想你可以检查一下了解有关该主题的更多信息）。当应变片改变其电阻时，会使电桥失衡，电压也会发生变化。因此，这就是惠斯通电桥将电阻变化转换为电压值的方式。

Arduino

　　但是这个电压变化还是很小的，所以要增加它，我们需要使用HX711模块。HX711 是一个 24 位差分 ADC，通过这种方式，我们可以测量非常小的电压变化。它将给出从 0 到 2 的指数 24 的值。

　　基于 Arduino 的称重机所需的组件

　　为了使这个项目尽可能简单，我们使用了非常通用的组件，您可以在任何本地爱好商店中找到这些组件。下图将让您了解组件。此外，我们还有下面列出的物料清单（BOM）。

Arduino

　　称重传感器（我们使用的是 10 kg 称重传感器）

　　HX 711 功放模块

　　Arduino纳米

　　I2C LCD 16X2 – I2C 兼容

　　1k电阻-2个

　　LED -2Nos

　　蜂鸣器

　　普通PCB

　　7.4V电池（如果你想要它便携）

　　LM7805稳压器

　　基于 Arduino 的称重机 - 电路图

Arduino

　　称重传感器有四根电线，分别是红、黑、绿和白。此颜色可能因制造商而异，因此最好参考数据表。红色接HX711板子的E+，黑色接E-，白色接A+，绿色接A-，Dout，板子时钟分别接D4和D5。将按钮的一端连接到 D3、D8、D9，另一端接地。我们有 I2C LCD，所以将 SDA 连接到 A4，将 SCL 连接到 A5。将 LCD、HX711 和 Arduino 的地连接到地，同时将 VCC 连接到Arduino的 5Vpin 。所有模块都在 5V 下工作，因此我们添加了一个LM7805 稳压器。如果您不希望它便携，您可以使用 USB 电缆直接为 Arduino 供电。

　　在虚线穿孔板上制作电路

　　我们已将所有组件焊接在一个普通的点状穿孔板上。我们使用母头将 Arduino 和 ADC 与电路板焊接，我们还使用电线连接所有按钮和 LED。完成所有焊接过程后，我们已确保从 LM7805 输出正确的 5V。最后，我们设置了一个开关来打开/关闭电路。一旦我们都完成了，它看起来像下面的图像。

Arduino

　　为基于 Arduino 的称重机构建外壳

　　如您所见，称重传感器有一些螺纹，因此我们可以将其安装在底板上。我们将使用 PVC 板作为秤的底座，为此，我们首先从 PVC 板上切割出 20*20 厘米的正方形和四个 20*5 的矩形。然后使用硬胶，我们把每一块都粘起来，做成一个小外壳。

Arduino

　　请记住，我们没有固定一侧，因为我们需要在其上放置按钮、LED 和 LCD。然后我们在秤的顶部使用了一块塑料板。在永久设置此设置之前，我们需要确保从地面到称重传感器有足够的空间，以便它能够弯曲，所以我们在称重传感器和底座之间放置了螺钉和螺母，我们还添加了称重传感器和顶部之间的一些塑料垫片。我们使用圆形塑料板作为平衡的顶级智能。

Arduino

　　然后我们将LCD、LED和按钮放在前面板上，所有东西都用长绝缘线连接。完成布线后，我们将前面板倾斜地粘在主底座上，这样我们就可以很容易地从 LCD 读取值。最后，我们将主开关连接到天平的一侧，就是这样。这就是我们为体重秤制作身体的方式。

　　您可以根据自己的想法进行设计，但请记住将称重传感器放置在图像中。

Arduino

　　Arduino称重机 - 代码

　　由于我们现在完成了数字秤的构建过程，我们可以进入编程部分。为了方便编程，我们将使用 HX711 库、EEPROM 库和LiquidCrystal 库。您可以从官方 GitHub 存储库下载HX711 库，或者转到工具》包含库》管理库，然后使用关键字HX711搜索库，下载库后，将其安装到 Arduino ide 中。

　　首先，我们需要校准称重传感器并将该值存储在 EEPROM 中，为此，转到文件》示例》 HX 711_ADC，然后选择校准代码。在上传代码之前，将天平放在稳定的平面上。然后将代码上传到 Arduino 并打开串行监视器。然后将波特率更改为 572600。现在监视器要求称重，为此我们需要按 t 并输入。

Arduino

　　现在，我们需要将已知重量放在天平上，在我的例子中，即 194gm。放置已知重量后，在串行监视器上输入重量，然后按 Enter。

Arduino

　　现在，串行监视器询问您是否要将值保存在 EEPROM 中，因此请键入 Y 选择是。现在我们可以在串行监视器上看到重量。

Arduino

　　该项目的主要代码，我们从 HX711 库的示例草图开发。您可以从下面下载该项目的代码。

在编码部分，首先，我们添加了所有三个库。HX711 库用于获取称重传感器值。EEPROM是Arduino ide的内置库，用于将值存储在EEPROM中，LiquidCrystal库用于l2C LCD模块。

#include  
#include  
#include

然后为不同的引脚定义整数并分配值。HX711_ADC 称重传感器功能用于设置 Dout 和时钟引脚。

常量 int HX711_dout = 4; 
常量 int HX711_sck = 5; 
诠释 tpin = 3; 
HX711_ADC LoadCell(HX711_dout, HX711_sck); 
常量 int calVal_eepromAdress = 0; 
长 t; 
常量 int Up_buttonPin = 9;  
常量 int Down_buttonPin = 8; 
浮动按钮PushCounter = 0;  
浮动 up_buttonState = 0;         
浮动 up_lastButtonState = 0;  
浮动 down_buttonState = 0;     
浮动 down_lastButtonState = 0;

在设置部分，我们首先启动了串口监视器，这只是为了调试。然后我们定义了引脚模式，所有按钮都定义为输入。在 Arduino PULL UP 功能的帮助下，我们通常将引脚设置为逻辑高电平。因此，我们不想为此使用任何外部电阻器。

  pinMode（tpin，INPUT_PULLUP）；
  pinMode（6，输出）；
  pinMode（12，输出）；
  pinMode（Up_buttonPin，INPUT_PULLUP）；
  pinMode( Down_buttonPin , INPUT_PULLUP);

以下代码行用于设置 I2C LCD。首先，我们使用LCD.print()函数显示欢迎文本，两秒钟后，我们使用lcd.clear ()清除显示。也就是说，一开始，显示器显示ARDUINO BALANCE作为欢迎文字，两秒钟后，它会清除并显示测量重量。

  液晶显示器（）；
  液晶背光（）；
  lcd.setCursor(0, 0); 
  lcd.print("ARDUINO 平衡"); 
  lcd.setCursor(0, 1); 
  lcd.print("让我们测量一下"); 
  延迟（2000）；
  lcd.clear();

然后开始使用loadCell.begin()函数从称重传感器读取值，之后，我们读取校准值的 EEPROM，我们使用EEPROM.get()函数来完成。也就是说，我们已经使用校准草图将值存储在 EEPROM地址中，我们只需重新获取该值。

  LoadCell.begin(); 
EEPROM.get(calVal_eepromAdress,calibrationValue);

在循环部分，首先，我们使用LoadCell.update( )检查来自称重传感器的任何数据是否可用，如果可用，我们读取并存储该数据，为此，我们使用LoadCell.getData()。接下来，我们需要在 LCD 中显示存储的值。为此，我们使用了LCD.print()函数。另外，我们打印设定的重量。设置重量是在按钮计数器的帮助下设置的。这在上一节中解释了。

 if (LoadCell.update()) newDataReady = true; 
if (newDataReady) 
  { 
    if (millis() > t + serialPrintInterval) { 
      float i = LoadCell.getData(); 
      lcd.setCursor(0, 0); 
      lcd.print("设置 wei:"); 
      lcd.setCursor(9, 0); 
      lcd.print(buttonPushCounter); 
      lcd.setCursor(14, 0); 
      lcd.print("GM"); 
      lcd.setCursor(0, 1); 
      lcd.print("重量："); 
      lcd.setCursor(9, 1); 
      lcd.print(i); 
      lcd.setCursor(14, 1); 
      lcd.print("GM");

接下来，我们设置皮重值，为此，首先，我们使用 digitalRead()函数读取皮重按钮的状态，如果状态低，我们将该重量去皮为零。该体重秤的去皮功能是将读数归零。例如，如果我们有一个装有东西的碗，那么净重将是碗的重量 + 东西的重量。如果我们在装东西之前用称重传感器上的碗按下去皮按钮，篮子的重量将被抵消，我们可以单独测量东西的重量。

if (digitalRead(tpin) == LOW) { 
LoadCell.tareNoDelay();

现在，我们需要设置不同指示的条件，例如设置蜂鸣器的延迟和 LED 状态。我们使用if 条件来做到这一点，我们总共有三个条件。首先，我们计算设定重量和测量重量之间的差值，然后将该值存储在变量 k 中。

浮动 k = buttonPushCounter-i ;

1.如果设定重量和测量重量的差值大于等于50gms，蜂鸣器会延迟200毫秒（慢）发出蜂鸣声。

   if ( k >= 50 ) 
  { 
    digitalWrite (6, HIGH); 
    延迟（200）；
    数字写入（6，低）；
    延迟（200）；
  }

2.如果设定重量与测量重量的差值小于 50 克且大于 1 克，蜂鸣器会延迟 50 毫秒（更快）发出蜂鸣声。

  if ( k < 50 && k > 1 ) 
  { 
    digitalWrite (6, HIGH); 
    延迟（50）；
    数字写入（6，低）；
    延迟（50）；
  }

3、当计量重量等于或大于设定值时，绿灯亮，蜂鸣器和红灯灭。

if(i>=buttonPushCounter) 
  { 
    digitalWrite (6, LOW); 
    数字写入（12，高）；
      }

我们还有两个 void 函数 () 用于设置设定重量（用于计算按钮按下）。

每按一次设定值增加10gms的功能。这是通过使用 Arduino 的digitalRead功能来完成的，如果引脚为低电平，这意味着按钮被按下，并且该值将增加 10gms。

up_buttonState = digitalRead(Up_buttonPin); 
if (up_buttonState != up_lastButtonState) { 
if (up_buttonState == LOW) { 
bPress = true; 
buttonPushCounter = buttonPushCounter + 10; 
}

相似地，

checkdown 用于每按一次将设定值减少 10gms。

down_buttonState = digitalRead(Down_buttonPin); 
  if (down_buttonState != down_lastButtonState) { 
if (down_buttonState == LOW) { 
bPress = true; 
buttonPushCounter = buttonPushCounter - 10; 
}

　　这标志着编程部分的结束。

Arduino

　　这种基于 Arduino 的电子秤非常适合测量高达 10 公斤的重量（我们可以通过使用更高额定的称重传感器来增加这个限制）。这与原始测量结果的准确度为 99%。

#include
#include
#include
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 16);
HX711_ADC LoadCell(HX711_dout, HX711_sck);
常量 int HX711_dout = 4; //mcu > HX711 输出引脚
常量 int HX711_sck = 5; //mcu > HX711 sck管脚
诠释 tpin = 3;
常量 int calVal_eepromAdress = 0;
长 t;
常量 int Up_buttonPin = 9; // 按钮所连接的引脚
常量 int Down_buttonPin = 8;
浮动按钮PushCounter = 0; // 按钮按下次数的计数器
浮动 up_buttonState = 0; // 向上按钮的当前状态
浮动 up_lastButtonState = 0; //向上按钮的前一个状态
浮动 down_buttonState = 0; // 向上按钮的当前状态
浮动 down_lastButtonState = 0; //向上按钮的前一个状态
布尔 bPress = 假；
无效设置（）{
序列号.开始（57600）；
延迟（10）；
序列号.println();
Serial.println("开始...");
pinMode（tpin，INPUT_PULLUP）；
pinMode（6，输出）；
pinMode（12，输出）；
pinMode（Up_buttonPin，INPUT_PULLUP）；
pinMode( Down_buttonPin , INPUT_PULLUP);
液晶显示器（）；
液晶背光（）；
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("ARDUINO 平衡");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("让我们测量一下");
延迟（2000）；
lcd.clear();
LoadCell.begin();
浮动校准值；// 校准值（参见示例文件“Calibration.ino”）
校准值 = 696.0；// 如果要在草图中设置校准值，请取消注释
#如果定义（ESP8266）|| 定义（ESP32）
//EEPROM.begin(512); // 如果您使用 ESP8266/ESP32 并想从 eeprom 获取校准值，请取消注释
＃万一
EEPROM.get(calVal_eepromAdress,calibrationValue); // 如果要从 eeprom 获取校准值，请取消注释
稳定时间长 = 2000；// 加电后的精度可以通过增加几秒钟的稳定时间来提高
布尔_皮重=真；//如果您不希望在下一步中执行去皮，请将其设置为 false
LoadCell.start（稳定时间，_皮重）；
if (LoadCell.getTareTimeoutFlag())
{
Serial.println("超时，检查 MCU>HX711 接线和引脚名称");
而（1）；
}
别的
{
LoadCell.setCalFactor（校准值）；//设置校准值（浮点数）
Serial.println("启动完成");
}
}
无效循环（）{
静态布尔 newDataReady = 0;
常量 int serialPrintInterval = 0; //增加值以减慢串行打印活动
// 检查新数据/开始下一次转换：
if (LoadCell.update()) newDataReady = true;
// 从数据集中获取平滑值：
如果（新数据就绪）
{
if (millis() > t + serialPrintInterval) {
浮动 i = LoadCell.getData();
Serial.print("Load_cell 输出值：");
序列号.println(i);
新数据就绪 = 0;
t = 毫秒（）；
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("设置 wei:");
lcd.setCursor(9, 0);
lcd.print(buttonPushCounter);
lcd.setCursor(14, 0);
lcd.print("GM");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("重量：");
lcd.setCursor(9, 1);
lcd.print(i);
lcd.setCursor(14, 1);
lcd.print("GM");
}
}
清理（）;
checkDown();
如果（数字读取（tpin）==低）{
LoadCell.tareNoDelay();
}
// 检查最后一次去皮操作是否完成：
if (LoadCell.getTareStatus() == true) {
lcd.clear();
lcd.print("去皮完成");
延迟（1000）；
lcd.clear();
}
浮动 i = LoadCell.getData();
浮动 k = buttonPushCounter - i;
如果 ( k < 50 && k > 1 )
{
数字写入（6，高）；
延迟（50）；
数字写入（6，低）；
延迟（50）；
}
如果 ( k >= 50 )
{
数字写入（6，高）；
延迟（200）；
数字写入（6，低）；
延迟（200）；
}
if (i >= buttonPushCounter)
{
数字写入（6，低）；
数字写入（12，高）；
}
别的
{
数字写入（12，低）；
}
}
无效检查（）
{
up_buttonState = digitalRead(Up_buttonPin);
// 比较 buttonState 和之前的状态
if (up_buttonState != up_lastButtonState)
{
// 如果状态已经改变，增加计数器
如果（up_buttonState == LOW）
{
bPress =真；
// 如果当前状态为 HIGH，则按钮从关闭变为打开：
buttonPushCounter = buttonPushCounter + 10;
}
}
// 将当前状态保存为上一个状态，以备下次循环使用
up_lastButtonState = up_buttonState;
}
无效 checkDown()
{
down_buttonState = digitalRead(Down_buttonPin);
// 比较 buttonState 和之前的状态
if (down_buttonState != down_lastButtonState)
{
// 如果状态已经改变，增加计数器
如果（down_buttonState == LOW）
{
bPress =真；
buttonPushCounter = buttonPushCounter - 10;
}
}
// 将当前状态保存为上一个状态，以备下次循环使用
down_lastButtonState = down_buttonState;
}

打开APP阅读更多精彩内容