如今， 精確測量重量和力量 無論是在工業應用或國內和研究項目中，它都是關鍵。如果你曾經想過 什麼是應變計感測器？ 以及它如何補充 HX711模組 如果您正在尋找打造高精度電子秤的方法，那麼您來對地方了。在這裡，我們將從理論到實踐，逐一解釋，幫助您理解每個細節，並學習如何建立自己的稱重系統。
近年來，使用變得流行起來 應變計 以及諸如 HX711 自製秤、家庭自動化產品，甚至學校實驗。最重要的是，這些組件價格實惠，相容於 Arduino 等平台，並且允許 專業水平的可靠測量 如果校準正確的話。讓我們一步一步地了解所有內容，從基本操作到整合和編程。
什麼是應變計以及它是如何運作的？
La 應變計 是 壓阻感測器 它將變形（無論是壓力、牽引力或壓縮）轉換為電阻的變化，從而使我們能夠間接測量施加到表面的力或重量。 此特性對於現代稱重感測器中的負載感測至關重要。.
塞尺最基本的設計包括 非常細的金屬絲 放置在黏合膜內。當黏合結構變形時，燈絲會拉伸或壓縮，從而改變其阻力。 這種變化雖然很小，但與施加的力成正比。 並可進行電分析。
壓阻效應 應變片的電阻在拉伸時增大，在壓縮時會減少。這使得物理力能夠轉換為精確可測量的電訊號。
這些儀表通常具有標準電阻值，例如 120Ω、350Ω或1000Ω，且變形引起的變化很小：例如，在較大負載下，0.12 Ω 電阻的變化僅為 120 Ω。然而，如果沒有合適的放大和測量系統，這些微小的變化將難以檢測。
稱重感測器：應變計的應用
一 稱重感測器 它是一種利用應變計來 將機械力轉換為電訊號其工作原理很簡單：將一個或多個壓力表連接到一個金屬結構上，該結構設計為在負載下可預測地變形。當施加重量時，金屬結構和壓力表都會變形，並產生與應力成比例的電訊號。
有不同類型的稱重感測器 （液壓、氣動、應變計等），儘管在電子和嵌入式系統中最常見的是應變計。其一致的設計允許 高精度、高穩定性.
電池的尺寸、形狀、容量和機械佈置各不相同，從重達幾克的小型電池到重達數噸的工業電池。
大多數稱重感測器內部安裝 1、2 或 4 個應變計，形成惠斯登電橋。，對電阻的微小變化敏感的電路。
惠斯登電橋：靈敏度的秘密
El 惠斯登電橋 是 四個電阻排列成正方形的電路，其中一個或多個可能是應變計。當沒有負載時，電路處於平衡狀態，其輸出之間沒有電位差。當應變計變形時，這種平衡就會被打破。 並出現可偵測到的電壓差 反映施加的負載。
這個配置 增加對阻力變化的靈敏度 並且可以檢測到微小的變化，否則這些變化是不可能捕捉到的。
在家用或實驗室秤中，通常使用四個儀表來組成一個完整的惠斯通電橋，許多浴室秤和稱重台就是如此。這有助於減少溫度誤差，並提高線性度和準確度。
為什麼我們需要HX711模組？
雖然惠斯登電橋放大了電壓變化， 變化非常小 （微伏特級）。像 Arduino 這樣的微控制器幾乎無法檢測到它們，更不用說進行精確測量了。
El HX711模組 它是專為具有應變計稱重感測器的稱重系統設計的晶片，有助於實現準確的讀數。
El HX711 它像 儀表放大器 y 24位元類比數位轉換器（ADC）其主要功能為：
- 接收惠斯登電橋的差分訊號.
- 放大它 以便於閱讀。
- 將其轉換為高解析度數位訊號 以便微控制器可以處理它。
此外，HX711具有簡單的數位接口，只有2個引腳（時脈和資料），類似於I2C匯流排，簡化了與軟體的連接和通訊。
HX711模組的特點
El HX711 它以高靈敏度和低成本脫穎而出。其主要特點包括：
- 24位元精度 檢測最小的體重變化。
- 整合和可編程訊號放大（通常為 x128 或 x64）。
- 兩個獨立的類比輸入通道。
- 具有 2 個引腳的數位介面（串行資料和串行時脈）。
- 餵食 2,6V 至 5,5V，相容於Arduino和其他微控制器。
- 低能耗。
此模組通常帶有兩排引腳：一排用於連接稱重感測器，一排用於連接微控制器。
這些引腳通常標記為： E+、E-、A+、A-、VCC、GND、DT、SCK典型的稱重感測器電纜有：
- 紅色： 正激勵（E+/VCC）
- 黑人： 負激勵（E-/GND）
- 白： 負極輸出（A-）
- 綠色： 正極輸出（A+）
連接類型和稱重感測器型號
標準稱重感測器接線為四線，但顏色可能因製造商而異。一些廉價或再生版本有三線，而更先進的版本則包含第五根黃色或藍色線，用於屏蔽或接地。
在家庭專案中，最常見的稱重感測器是 5公斤或20公斤，儘管對於工業應用，也有重量高達 50 公斤或更大的版本。
為了連接多個電池，例如浴室秤， 合路器模組 或手動連接，這需要電氣知識。務必注意電池上箭頭的方向，以確保中心部分保持自由且變形達到最佳狀態。
組裝電子秤：材料和連接
建立一個 電子秤 使用應變計和 HX711，您將需要：
- 微控制器（Arduino UNO、Nano、Mega、ESP8266等）。
- 至少一個稱重感測器（根據需要，1kg、5kg、20kg…）。
- HX711模組。
- 平台的堅固表面。
- 電纜、連接器和螺絲。
您也可以選擇新增：
- LCD 螢幕或顯示幕顯示重量。
- 皮重和模式按鈕。
- 結構的支撐或板材。
- 附有 ESP8266/ESP32 的 WiFi 或藍牙等連接組件。
連接很簡單：
- 將電池線連接到 HX711 針腳：紅色連接到 E+，黑色連接到 E-，白色連接到 A-，綠色連接到 A+。
- HX711 的 VCC 和 GND 到微控制器的 5V 和 GND。
- HX711 的 DT 和 SCK 到數位引腳（範例 3 和 2）。
- 將電池安裝在結構上，確保只有中心區域保持自由以進行正確測量。
使用 Arduino 進行編程並校準秤
要讀取數據， 博格德的HX711書店，可在 Arduino IDE 庫管理器中使用。一些主要功能包括：
- 開始（pinData，pinClock）： 啟動模組。
- 任務： 在去皮功能中設定零重量。
- 設定比例（比例）： 定義將讀數轉換為重量單位的因子。
- 讀取（）/讀取平均值（n）： 獲得原始或平均讀數。
- 獲取值（n）： 返回不帶皮重的讀數。
- 獲取單位（n）： 提供用秤和皮重調整的重量。
校準包括放置已知重量、讀取讀數和計算比例因子： 秤重 = 讀數 / 實際重量。然後將其引入代碼中，以適應未來的讀數。
建議進行多次測量並調整串行監視器上的比例因子以獲得準確、穩定的結果。
使用 HX711 和 Arduino 的數位秤範例程序
在串行監視器上顯示重量的一個簡單範例是：
#include "HX711.h" #define CALIBRATION 20780.0 // 用您自己的值替換 byte pinData = 3; byte pinClk = 2; HX711 balance; void setup() { Serial.begin(9600); balance.tare(); } void loop() { Serial.print("當前重量： "); Serial.print(balance.get_units(10), 1); Serial.println(" kg"); 延遲(500); }
可以透過添加 LCD 顯示器、按鈕或將刻度儲存在 EEPROM 中來增強系統，以便快速準確地校準，從而獲得更專業的體驗。
可能出現的問題和實用建議
1. 電線顏色的變化： 使用數據表或測量電阻來檢查連接。通常，電阻最大的一對對應於激勵 (+/-)。
2. 讀起來不連貫： 如果測量結果出現反轉或不穩定，請交換 A+ 和 A- 輸出引線。
3.機械穩定性： 確保正確固定電池，並且只有結構的中心部分支撐重量以避免錯誤。
4.噪音和乾擾： 如果可能的話，請使用短的屏蔽電纜，並將系統遠離電噪聲源。
5.溫度變化： 儀表對熱變化很敏感；如果可能的話，請在穩定的條件下進行校準或使用具有 4 個儀表的電池。
系統的擴展和可能的應用
使用您的作業系統，您可以新增功能：
- 在 LCD 螢幕上顯示重量。
- 設定重量限制警報。
- 透過ESP8266/ESP32連接到雲端，實現遠端監控。
- 可用於實驗、成分測量、自動化、家庭自動化等。
HX711 整合促進了教育項目、庫存控制、商業規模、氣瓶控制以及更多創意想法。
