一個沒有活動部件的秤——你說不可能?根據(jù)我目前項目的結(jié)果，它擁有令人難以置信的分辨率和準(zhǔn)確性。從一個鋁制長方體的彎曲到眼睛難以察覺的彎曲，一個24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，一個ESP8266或ESP32(縮寫為以下文本ESP)和一個OLED顯示器，一個數(shù)字秤被創(chuàng)造出來，在我的情況下，可以測量高達(dá)1kg的質(zhì)量，分辨率為0.01g!本系列的這篇文章解釋了它是如何工作的以及它背后的技巧。

ESP32和ESP8266上的Micropython

數(shù)字秤與HX711

我最初認(rèn)為這是不可能的，結(jié)果讓我非常驚訝。所用的鋁制組件是一種所謂的測壓元件。中間的兩個孔將金屬削薄，拉伸條粘在墻上，如圖1的頂部和底部。材料厚度約為。1毫米。

圖1：側(cè)面的工資單元

稱重傳感器與底板一起擰在右側(cè)，秤帶連接在左側(cè)。

圖2:1公斤的天秤座

一張尺寸為10cm x 15cm的紙現(xiàn)在使測壓元件彎曲如此之多，或者更確切地說，很小，以至于秤上顯示的重量為0.9g。

這是如何工作的呢?拉伸帶是應(yīng)用于塑料載體的晶圓薄導(dǎo)體軌道。這些墊子粘在載體材料上。

圖3：拉伸條示意圖

通過彎曲載體，導(dǎo)體被稍微拉伸，從而變得更薄更長。這會引起電阻的變化，這取決于兩個參數(shù)，ρ是比電阻，一個材料常數(shù)。

圖4：阻力公式

紙上的紙張很可能會引發(fā)12.5毫米高的長方體的彎曲，這是一個原子的順序。由此產(chǎn)生的測量條長度的變化也是如此。這足以改變四個測量條在測量橋上的張力，兩個在長方體上面，兩個在長方體下面，到目前為止，HX711可以得出一個可測量的，最重要的是可重復(fù)的電壓變化。

圖5:HX711 -電路

Micropython -語言-模塊和程序

要安裝托尼，你會在這里找到一個詳細(xì)的說明(英文版)。還有一個關(guān)于ESP芯片上的Micropython固件(截至2022年6月18日)如何被燒毀的描述。

Micropython是一種解釋器語言。Arduino IDE與Arduino IDE的主要區(qū)別在于，你只需要在ESP32上閃爍Micropython固件一次，以便控制器理解Micropython指令。您可以使用Thonny，μpycraft或ESPTOOL.PY。對于安東尼，我在這里描述了這個過程。

一旦固件閃過，你就可以很容易地在對話框中與控制器對話，測試單個命令并立即看到答案，而無需事先編譯和傳輸整個程序。這正是Arduino IDE困擾我的地方。如果您可以檢查語法和硬件的簡單測試，以便在編寫程序之前通過命令行嘗試和改進函數(shù)和整個程序部分，則可以節(jié)省大量時間。出于這個目的，我總是喜歡創(chuàng)建小型測試程序。作為一種宏，它們總結(jié)了重復(fù)出現(xiàn)的命令。然后從這些程序片段開發(fā)整個應(yīng)用程序。

自動啟動

如果程序要通過打開控制器自動啟動，請將程序文本復(fù)制到新創(chuàng)建的空白磁貼中。將此文件保存在工作區(qū)的boot.py下，并將其上傳到ESP芯片。該程序?qū)⒃谙麓螐?fù)位或開機時自動啟動。

測試程序

tony - ide中當(dāng)前編輯器窗口中的程序通過F5按鈕手動啟動。這可以比鼠標(biāo)點擊開始按鈕或通過菜單運行更快地完成。只有程序中使用的模塊必須在ESP32的flash中。

在兩者之間，Arduino id ?

如果您以后將控制器與Arduino IDE一起使用，只需以通常的方式刷新程序。然而，ESP32/ESP8266隨后忘記了它曾經(jīng)說過Micropython。相反，任何包含Arduino IDE或AT-Firmware或Lua或…可以很容易地提供micropython固件。這個過程總是像這里描述的那樣。

電路

以下是該項目的電路圖，它可以自由選擇ESP32和ESP8266。選擇用于連接HX711的gpio，以便您不會阻礙ESP8266的啟動，并且對于兩種控制器類型具有相同的名稱。只有I2C總線的連接是不同的，但由程序自動分配。

圖6:ESP8266上的HX711縮放

圖7:HX711在ESP32上的比例

HX711的Micropython模塊

與大多數(shù)傳感器組件一樣，HX711模塊也需要操作軟件。不幸的是，HX711不支持i2c。數(shù)據(jù)傳輸也通過dot和dpclk線以串行方式進行。24位加1 ~ 3位，用于通道A或B的選擇和加強的設(shè)置。MSbit(最高有效位=高質(zhì)量位)是HX711的第一個位。

用于編程模塊hx711。我有這個制造商使用的數(shù)據(jù)表。

異常類處理HX711不可訪問的情況。接下來是HX711類的聲明，Devicenotready繼承了HX711類。拋出異常后，將生成一個實例，構(gòu)造函數(shù)確保輸出錯誤消息。

我們從幾個常數(shù)開始。校正系數(shù)是用各種已知的按摩片和一個計算工具(例如Libre Office)進行加權(quán)來確定的。我一會兒就來。

構(gòu)造函數(shù)接受兩個引腳對象dot和pdsk，以及ch中的可選通道。Dout被切換為入口，因為它應(yīng)該從HX711的結(jié)果接收數(shù)據(jù)。ESP通過DPSCK管理指定速度。我們聲明屬性channel、tar和cal，然后等待HX711的Ready信號。如果它沒有出現(xiàn)，則拋出WAITREADY()一個Devicenotready-Exception。如果它工作，那么我們獲得通道和增益設(shè)置，并在終端中發(fā)出消息。Dictionary Channelandgain將頻道號轉(zhuǎn)換為純文本。

Closure Time-out()實現(xiàn)了一個軟件定時器，它不會在程序處于sleep() & Co狀態(tài)時阻塞程序。返回的函數(shù)compare()如果分配了一個標(biāo)識符來詢問傳遞的時間是否已經(jīng)以毫秒為單位過期(True)或未過期(false)。

當(dāng)數(shù)據(jù)線處于GND電位時，ISDEVICEREADY()方法返回True。根據(jù)數(shù)據(jù)表，這是HX711準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)的條件。時鐘線上的第一個正側(cè)，HX711在DOUT線上提供MSbit。

圖8：邏輯2掃描

每增加一個脈沖，比特就依次推出。同時，ESP必須讀取和處理線路的狀況。ESP通過時鐘設(shè)定節(jié)奏。脈沖序列為125μs，對應(yīng)的時鐘約為。8 kHz。

我用邏輯分析儀和軟件logic 2記錄了脈沖結(jié)果。每當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)問題時，我喜歡使用DSO(數(shù)字存儲示波器)，或者更小的工具，更便宜的世界邏輯分析儀(La) 8通道。這個東西連接到USB總線，并使用免費軟件顯示總線管道上正在發(fā)生的事情。在脈沖的形狀無關(guān)緊要，而只與時間順序有關(guān)的地方，LA值千金。雖然DSO只提供曲線的快照，但您可以長時間感受洛杉磯，然后將自己放大到有趣的地方。你可以在Bernd Albrecht的博客文章“邏輯分析儀第1部分：使I2C信號可見”中找到設(shè)備的描述。其中還描述了如何掃描I2C總線。

在讀取24個數(shù)據(jù)位后，再使用pdsk發(fā)出的一到三個脈沖，即稅收位。你的意思是：

圖9：控制脈沖的含義

名稱是程序，WAITREADY()等待ISDEVICEREADY()的true，但之前在Readydydelay中設(shè)置了計時器，即3秒。如果Dout在此期間沒有變?yōu)閘ow，則會拋出一個devicenotready - exception。如果調(diào)用程序不攔截異常，就會關(guān)閉它。

HX711將數(shù)據(jù)作為雙補碼值發(fā)送。Conpricerult()實際上在設(shè)置的MSbit(位23)中識別負(fù)值。如果設(shè)置為2，則第2級是24的第2級減去得到一個真正的負(fù)數(shù)。

0xc17ac3 = 12679875設(shè)置了MSbit

12679875 - 0x1000000 = -4097341

clock()只在PDSCK線上產(chǎn)生一個12.4μs的正脈沖。

忽略channel()無參數(shù)，然后該函數(shù)傳遞當(dāng)前通道和增益值。字典。將譯文轉(zhuǎn)換為純文本。

一旦通道號被移交，我們檢查正確的區(qū)域，檢查HX711是否準(zhǔn)備好，然后將相應(yīng)數(shù)量的脈沖推到PDSCK線上，24加上稅位。

HX711傳遞的原始值是由aw()接收的。變?yōu)門rue或根本不傳遞參數(shù)，則返回值為粉紅色，即帶符號的整數(shù)。如果為false，則返回值Bloody，因為它對應(yīng)于位序列，raw。

我們正在等待HX711的發(fā)送，并將接收緩沖區(qū)設(shè)置為0。

在for循環(huán)中，我們在PDSCK上發(fā)送23個脈沖。每次運行時，我們都在數(shù)據(jù)線上的LSBIT(最低有效位=低質(zhì)量位)的位置，然后將位向左推一個位置。第一個接收到的位移動到位置23，即MSbit。在另一個時鐘脈沖之后，HX711將LSbit推到數(shù)據(jù)線上，我們只在原始的LSbit上或必須。除了競爭之外，下一次測量的稅收也必須被記錄下來。

為了平滑值的噪聲，我們不僅使用單個測量值，而且使用多個測量值的平均值。這就得到了方法mean()，我們把單個測量值的數(shù)量交給它。

未受污染的天平自然也提供了ADC值，即塔拉。我們總是在啟動稱重程序時調(diào)用該方法，以便能夠?qū)@示設(shè)置為0。Tara值在屬性self中。保存，以便方法Dimensions()可用，n再次是單個測量的數(shù)量。

方法Dimensions()將Tara從測量值中提取出來，然后通過除以校準(zhǔn)因子計算出以克為單位的真實測量值。稍后我將說明它是如何確定的。

在校準(zhǔn)期間，如果您可以手動處理校準(zhǔn)因子，而不必每次都將HX711.PY模塊上傳到ESP，這將是一個優(yōu)勢。當(dāng)前值將不帶參數(shù)返回。

wake up()和tosleep()將HX711從睡眠模式中喚醒，或者將其置于睡眠模式中。線路上的信號順序由HX711的數(shù)據(jù)表指定。

用于OLED顯示器的大字符集

大數(shù)字使測量更容易閱讀。我們使用30作為符號，而不是通常的8像素。文件geometer_30。包含相關(guān)信息。

因此，您可以從Windows提供的TTF中創(chuàng)建自己的字符集。

下載zeichensatz存檔文件。rdown并將內(nèi)容解包到任意目錄中。為了節(jié)省小費，我建議在硬盤或存儲卡的根路徑上放置一個名字簡短的列表。對我來說是F: \ fonts。

通過右鍵單擊該目錄并按下按鈕，在資源管理器中打開該目錄下的PowerShell窗口。然后左鍵點擊打開PowerShell窗口。

圖10：打開PowerShell窗口

在提示符下輸入以下一行，按“Enter”：

.\ Makecharset.bat Britannic 30 "" 0123456789, -+KG "" “F: \ fonts \ sources \”

圖11：字符集準(zhǔn)備好了

現(xiàn)在目錄britannic_30.py中有一個文件，其中包含新字符集的像素數(shù)據(jù)。僅實現(xiàn)字符“0123456789,-+KG”“”，節(jié)省存儲空間。您可以從目錄源中的Windows字體列表中獲取其他簽名速率，如上面指定的復(fù)制和轉(zhuǎn)換。請注意，文件名指定時沒有附加。tttf。

Libra的操作軟件

程序scale.py訪問四個外部模塊，hx711.py,oled.py,SSD1306，這些模塊在啟動前必須上傳到ESP的閃存中。PYand geometer_30.py。

關(guān)于變量sys。平臺的ESP可以確定它自己。然后將GPIO引腳聲明為I2C總線。

我們實例化一個顯示對象，刪除顯示并聲明連接到HX711的PIN對象，還有按鈕，Tara鍵的實例。

函數(shù)Putnumber()用數(shù)字n定位字符的像素模式(基于上面生成的提取，而不是Ascii)。圖案左上角的位置在XPOS， YPOS中。

查看文件geometer_30。pyx解釋了這個過程。在字符串字符中列出了字符。字符串中的索引是圖紙?zhí)?。因此，?”號代表數(shù)字11，“0”代表數(shù)字0。在列表編號中，此編號標(biāo)識Tupel具有寬度信息和像素矩陣。現(xiàn)在，它被逐行逐列分散，當(dāng)找到1時設(shè)置像素。這是隱藏的。只有當(dāng)顯示值為True Has時，整個緩沖區(qū)才會被發(fā)送到Display。返回值是下一個自由繪圖位置。

圖12：符號0的矩陣

繪圖位置設(shè)置為0，作為開始信息，我給出了一些“-”符號。然后ESP嘗試聯(lián)系HX711。如果成功，我們喚醒它，用增益128通道A，并看到屬性self中的TARAWALT。是土地。

如果連接不工作，我們在終端中得到一條消息，并在顯示中得到一系列零。

160MHz是ESP8266的最高速度，ESP32也包含240 MHz。

然后進入主循環(huán)。我們查看是否按下了Tara鍵，在顯示器上用一系列逗號確認(rèn)，并獲得一個新的Tara值。這個功能是有用的，因為稱重單元受到溫度漂移和零點可以在任何時候重新調(diào)整。

輸出的格式字符串由測量值提供。斷開顯示，將繪圖位置刪除為0，用逗號小數(shù)點，并將緩沖區(qū)中的字符寫到倒數(shù)第二個。

隨著最后一個字符的輸出，緩沖區(qū)內(nèi)容被發(fā)送到顯示器。休息半秒后開始下一輪比賽。

校準(zhǔn)秤

圖13：用于刻度校準(zhǔn)的質(zhì)量塊

你需要一些質(zhì)量片，如果有必要，如果質(zhì)量片沒有校準(zhǔn)，還需要一個廚房或字母秤。在這種情況下，你可以做一層厚厚的堅果或螺絲之類的東西。當(dāng)然，在使用前必須用不同的刻度確定質(zhì)量。

圖14：在ESP8266上校準(zhǔn)

現(xiàn)在啟動程序縮放。并在主循環(huán)中中斷Ctrl+C。HX711對象在HX實例化下，可以從終端控制臺訪問。我們從以下命令開始。

我們從25次單獨測量的平均值中減去塔拉值。如果天平?jīng)]有加載，結(jié)果應(yīng)該在-50…+50之間。

現(xiàn)在我們把大塊一塊一塊地放在一起，分成幾組，這樣它的壓力就會越來越大。每次我們再次啟動最后一個命令，并以克為單位寫下質(zhì)量和終端顯示的值。

讓我們在Libre Office Calc或其他程序中輸入，顯示測量曲線以及測定(相關(guān)系數(shù))和公式。

圖15：校準(zhǔn)曲線

相關(guān)系數(shù)R2等于1，這說明了我們測量的精度。我們可以忽略-43的軸截面，…訂單是10萬件。直線的斜率因子1104是我們追求的標(biāo)定因子?，F(xiàn)在將這個值共享給對象HX。

如果您現(xiàn)在是方法Dimensions() Call up，則值為0.0…應(yīng)該顯示。

佩戴文件hx711.py中的校準(zhǔn)因子，將它們上傳到ESP并啟動程序scale.py new。

如果在戴上重物時顯示重物，他們就贏了，可以敲打肩膀。

如果顯示的值稍微靠近期望的權(quán)重，您仍然可以對校準(zhǔn)因子值進行一些修改。如果你放大它，質(zhì)量值就會下降，反之亦然。

本文編譯自hackster.io