基于HX711和Arduino构建便携式负载秤

　　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。

　　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。

　　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。

　　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）。

　　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

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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;
}