電子秤開源硬件

描述

這個項目是在閱讀了Indrek Luuk在Circuit Journal 網(wǎng)站上關(guān)于稱重傳感器的文章后產(chǎn)生的。稱重傳感器設(shè)計用于測量物體的重量。它基本上是一個包含 4 個電阻應(yīng)變片的鋁條。

稱重傳感器的工作原理

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4 個電阻應(yīng)變傳感器以惠斯通電橋配置連接在一起。靜止時，傳感器具有相同的電阻（大約 1000 歐姆）。通過在紅/黑線上放置 5 伏電壓，綠色端子的電壓為 2.5V，白色端子的電壓也為 2.5V。電壓表V測得的電壓差為0V。

當(dāng)重量施加到稱重傳感器時，兩個相對的傳感器將同等地改變它們的電阻。在圖中，紅色傳感器的電阻降低（施加到它們的應(yīng)變較?。?，而藍色傳感器的電阻增加（施加到它們的應(yīng)變更大）。電壓表測量綠/白節(jié)點之間的電壓差。電壓與施加的負載成比例變化。

電壓的變化很小，因此需要將其放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便微處理器可以讀取它。這是通過 HX711 模塊完成的，該模塊包含一個放大器和 24 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

本項目使用的5kgm稱重傳感器和HX711模塊

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稱重傳感器具有不同的尺寸，具體取決于它們設(shè)計用于測量的最大重量。典型尺寸為 1/5/10/20/200kg。螺絲孔的數(shù)量、它們的中心和螺紋尺寸根據(jù)稱重傳感器的尺寸而變化。

5kg 稱重傳感器和 HX711 模塊在 Ali-Express 的售價約為 5 澳元。

示范

3D打印

打印很簡單。在切片器中使用以下設(shè)置。

“LoadCellBase V2.stl” - 0.2mm 層高，完全支持

“TopPlate V2.stl”- 0.2mm 層高，無支撐

“CaseFront.stl” - 0.15mm 層高，無支撐

原理圖

顯示/微處理器模塊示意圖

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大部分繁重的工作都是由 HX711 模塊完成的。我選擇了 ATtiny1614 微處理器，因為它在睡眠模式下的功耗很低。重量顯示在 128x32 I2C 0.91 英寸 OLED 顯示屏上。

雖然這個構(gòu)建包括一個裝飾鍋，但它最終是多余的，所以你可以把它從板上去掉。這個想法是在必要時調(diào)整顯示的重量的任何差異。

印刷電路板

為了盡量減少所需的空間，電路板設(shè)計為盡可能使用表面貼裝器件 (SMD)。

大部分元器件采用貼片元器件

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如果您希望將電路板商業(yè)化制作，或者您可以像我一樣自己制作，Eagle 文件已包含在內(nèi)。我使用碳粉方法。

裝配 - 第 1 步

首先添加 SMD 組件。我發(fā)現(xiàn)在焊接 SMD 元件時使用焊膏比使用卷盤中的焊料更容易。我還使用了幾個月前制作的SMD 回流焊熱板來回流焊膏。

如果您的電路板是單面的，請?zhí)砑渔溄印?/font>

為從 HX711 模塊引入的引線添加 4 針直角公頭到電路板的銅面。

將 JST 電池連接器添加到電路板的銅面。

添加 SMD 組件、鏈接和標(biāo)題

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組裝 - 第 2 步

將墊片粘到板上以支撐 OLED 顯示屏。我使用了一個舊的針頭，去掉了針腳，因為它與 OLED 顯示屏上的針頭高度相同。

添加 0.91 英寸 128x32 OLED 顯示屏。

添加 6x6mm 觸覺開關(guān)。它有一個 6 毫米的軸，還添加了按鈕帽。

膠水顯示支持并添加OLED屏幕和開關(guān)

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組裝 - 第 3 步

在將 PCB 添加到外殼之前，先對 ATtiny1614 進行編程會更容易。

ATtiny1614 是新一代 ATtiny 微處理器的一部分。與 ATtiny85 等早期系列不同，新品種使用 RESET 引腳對 CPU 進行編程。要對其進行編程，您需要一個 UPDI 編程器。我用 Arduino Nano 做了一個。您可以在創(chuàng)建您自己的 UPDI 程序員中找到完整的構(gòu)建說明。它還包含將 megaTinyCore 板添加到 IDE 的說明。

將一根電線連接到 PCB 上的 UPDI 焊盤，并將其連接到 UPDI 編程器。將 5V 和 GND 線連接到您為 HX711 模塊添加的直角接頭上的兩個外部引腳。確保極性正確！

程序成功上傳后，您可以移除固定在 PCB 上的臨時 UPDI 線。

連接到 UPDI 編程器并上傳軟件

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組裝 - 第 4 步

稱重傳感器用箭頭標(biāo)記以顯示它需要走哪條路。（見下圖）。使用四個 12mm M4 平頭（沉頭）螺釘將頂板固定到負載傳感器和負載傳感器底座上。

將四根電線穿過提供的孔。切割它們并將它們焊接到 HX711 模塊上。

Red to E+
Black to E-
Green to A+
White to A-

使用左邊的電線將它們連接到以下連接：

Red to VCC
Black to GND
Green to SCK
White to DT

沿著通道走線并穿過顯示模塊背面的孔。添加 4 針 Dupont 母頭或?qū)⑺鼈冎苯雍附拥斤@示 PCB。

可以使用熱膠將電線和/或 HX711 模塊固定到位。

組裝稱重傳感器并連接到 HX711 板

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裝配 - 第 5 步

最后將 HX711 模塊連接到 PCB 上。

插入 3.7V 120mAh 鋰電池。

將外殼推到底座上，它應(yīng)該緊密貼合。確保在此過程中不要擠壓接線。

擰入 PCB 并連接到 HX711 和電池

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結(jié)論

這是一個有趣的項目。機箱的整體設(shè)計不太適合重載。它開始向前傾斜。“腿”需要進一步伸出來。這種情況可能更適合 1kg 稱重傳感器。

總的來說，我對結(jié)果很滿意，所以感謝 Indrek 為這個項目提供的靈感。