数字负载秤是现代工程设计的另一个奇迹。是的，我们谈论的是在大多数杂货店和其他地方经常看到的电子秤，但是您是否想知道电子秤的工作原理？为了回答这个问题，在这个项目中，我们将研究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，该传感器可以测量最大10kg的重量。
这款称重机非常适合当地商店存储大量物品。像商业产品一样，我们的体重秤将带有一个零按钮，用于将体重秤归零。此外，它还可以设置测量重量，当测量重量达到设定重量时，蜂鸣器会快速鸣叫并在设定重量等于测量重量时停止。这样，用户可以只听声音就可以打包，而不必看显示器。因为这是一个非常简单的项目，所以我们将使用Arduino和应变仪称重传感器等组件轻松构建此项目。因此，现在就开始进行讨论吧！
在上一篇文章中，我们使用流行的HX711称重传感器放大器模块制作了基于Raspberry Pi的重量传感器和具有电子邮件警报和Web监视功能的IoT智能容器等项目。因此，请检查是否满足您的要求。
Arduino称重机工作
该项目的主要组件是称重传感器和HX711称重传感器放大器模块。如您所见，一侧标有10公斤。另外，您会注意到称重传感器上有某种白色的保护胶，并且四种不同颜色的电线出来了，这将在本文后面揭露白色保护胶和这些四色电线的功能的秘密。
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。如您所见，通过在中间放置一个大孔可以使材料变薄。这就是为什么当将负载放置在安装侧时，该点会变形的原因。现在想象一下，右侧传感器安装在基座上，而左侧是放置载荷的位置，由于中间有一个大孔，这种配置会使应变仪载荷传感器变形。
当将负载放在称重传感器的负载侧时，顶部将受到拉力，而底部将受到压缩。这就是铝棒在左侧向下弯曲的原因。如果我们测量这种变形，就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有什么？在这种保护胶中，我们会发现一个非常薄的弹性部件，称为应变仪。应变仪是用于测量应变的组件。如果我们仔细看一下这个组件，我们会看到两个连接垫，然后我们得到了具有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，将应变仪的一侧安装并固定在一个地方，如果将重物放在铝条的另一侧，这将迫使应变仪弯曲，从而导致电阻变化。实际情况如何？应变计的导电图形是由铜制成的，该导线将具有一定的面积和长度，因此这两个单位将提供导线的电阻。导线的电阻与电流相对。现在很明显，如果导线的面积变小，越少的电子可以通过，意味着电流越低。现在，如果我们增加面积，它将增加导体的电阻。如果对这根导线施加一定的力，这将拉伸区域，同时变小，电阻增加。但是，这种电阻变化非常低。如果我们拉伸应变计，则阻力将增加，而如果对其进行压缩，则阻力将降低。要测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化很小。因此，代替测量电阻，我们可以轻松地测量电压。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。如果对这根导线施加一定的力，这将拉伸区域，同时变小，电阻增加。但是，这种电阻变化非常低。如果拉伸应变仪，则电阻会增加，如果压缩它，则电阻会降低。要测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化很小。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。如果对这根导线施加一定的力，这将拉伸区域，同时变小，电阻增加。但是，这种电阻变化非常低。如果我们拉伸应变计，则阻力将增加，而如果对其进行压缩，则阻力将降低。要测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化很小。因此，代替测量电阻，我们可以轻松地测量电压。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。阻力会降低。要测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化很小。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。阻力会降低。要测量力，我们需要测量阻力。直接测量电阻并不总是可行的，因为变化很小。因此，代替测量电阻，我们可以轻松地测量电压。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。如果电桥平衡，我们将应变仪放在惠斯通电桥中，中间点的电压应为零（之前我们已经建立了一个项目，描述了惠斯通电桥的工作原理，您可以检查一下是否要了解有关该主题的更多信息）。当应变计改变其电阻时，它将使电桥不平衡，并且电压也将发生变化。因此，这就是惠斯登电桥将电阻变化转换为电压值的方式。
但是此电压变化仍然很小，因此要增大此电压，我们需要使用HX711模块。HX711是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
为了使该项目尽可能简单，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它们。下图将使您对这些组件有所了解。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公斤称重传感器）
- HX 711放大器模块
- Arduino纳米
- I2C LCD 16X2 –兼容I2C
- 1k电阻-2号
- LED -2
- 蜂鸣器
- 普通PCB
- 7.4V电池（如果您希望便携式）
- LM7805稳压器
基于Arduino的称重机-电路图
称重传感器有四根导线，分别是红色，黑色，绿色和白色。颜色可能会因制造商而异，因此最好参考数据表。将红色连接至HX711板的E +，将黑色连接至E-，将白色连接至A +，将绿色连接至A-，Dout，并将板的时钟分别连接至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，因此将SDA连接到A4，将SCL连接到A5。将LCD，HX711和Arduino的地面连接到地面，还将VCC连接到Arduino的5Vpin 。所有模块均在5V电压下工作，因此我们添加了LM7805稳压器。如果您不希望它具有便携性，则可以使用USB电缆直接为Arduino供电。
在点缀的穿孔板上制作电路
我们已将所有组件焊接在一个普通的点状穿孔板上。我们使用母接头将Arduino和ADC与电路板焊接在一起，还使用电线连接所有按钮和LED。在完成所有焊接过程之后，我们确保从LM7805发出适当的5V电压。最后，我们放置了一个开关来打开/关闭电路电源。完成所有操作后，便如下图所示。
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基板上。我们将使用PVC板作为秤的基础，为此，我们首先从PVC板上切出20 * 20 cm的正方形和四个20 * 5的矩形。然后，使用硬胶将每块胶粘在一起，并制成一个小的外壳。
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，以便能够弯曲，因此我们在称重传感器和基座之间放置了螺钉和螺母。称重传感器和顶部之间有一些塑料垫片。我们使用圆形的塑料片作为天平的最高智能。
然后，我们将LCD，LED和按钮置于前面板，所有组件均通过长绝缘线连接。完成接线过程后，我们将前面板以一定的角度粘贴到主机座上，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侧面，仅此而已。这就是我们制作体重秤的方式。
您可以根据自己的想法进行设计，但请记住像图像中一样放置称重传感器。
Arduino称重机-代码
现在我们已经完成了数字秤的构建过程，现在可以进入编程部分了。为了便于编程，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，或转到 工具>包含 库>管理 库， 然后使用关键字HX711搜索库，下载该库后，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，请转到 文件>示例> HX 711_ADC， 然后选择校准代码。上载代码之前，请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。现在监控器询问重量，为此我们需要按t并输入。
现在，我们需要在天平上放置已知重量，即194克。放置已知的砝码后，在串行监视器上键入砝码，然后按Enter。
现在，串行监视器询问您是否要将值保存在EEPROM中，因此键入Y以选择是。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，是我们从HX711库的示例草图中开发的。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，而LiquidCrystal库用于l2C LCD模块。
#包括
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。
const int HX711_dout = 4; const int HX711_sck = 5; int tpin = 3; HX711_ADC LoadCell（HX711_dout，HX711_sck）; const int calVal_eepromAdress = 0; 长时间 const int Up_buttonPin = 9; const int Down_buttonPin = 8; 浮动buttonPushCounter = 0; float up_buttonState = 0; float up_lastButtonState = 0; float down_buttonState = 0; float down_lastButtonState = 0;
在设置部分，首先，我们启动了串行监视器，这仅用于调试。然后我们定义了引脚模式，所有按钮都定义为输入。借助Arduino PULL UP功能，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。
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 内容 。也就是说，开始时，显示屏将ARDUINO BALANCE显示为欢迎文本，两秒钟后，它将清除并显示测量重量。
lcd.init（）; lcd.backlight（）; lcd.setCursor（0，0）; lcd.print（“ ARDUINO BALANCE”）; lcd.setCursor（0，1）; lcd.print（“ let's measure”）; delay（2000）; lcd.clear（）;
然后开始阅读使用从称重传感器的值 loadCell.begin（） 函数，在这之后，我们读取校准值的EEPROM，我们做的是通过使用 EEPROM.get（） 函数。也就是说，我们已经使用校准草图将值存储在 EEPROM地址中，我们只是重新获取该值。
LoadCell.begin（）; EEPROM.get（calVal_eepromAdress，标定值）;
在循环部分中，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。同样，我们打印设定的重量。设定重量借助按钮计数器进行设定。上一节对此进行了解释。
如果（LoadCell.update（））newDataReady = true; 如果（newDataReady） { 如果（millis（）> t + serialPrintInterval）{ float i = LoadCell.getData（）; lcd.setCursor（0，0）; lcd.print（“ set wei：”）; lcd.setCursor（9，0）; lcd.print（buttonPushCounter）; lcd.setCursor（14，0）; lcd.print（“ GM”）; lcd.setCursor（0，1）; lcd.print（“ weight：”）; 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，如果状态为低，则将该皮重设为零。该体重秤的去皮功能是将读数归零。例如，如果我们有一个盛有物品的碗，那么净重就是碗的重量+物品的重量。如果在装载东西之前用碗在称重传感器上按去皮按钮，则篮子的重量将被抵消，我们可以单独测量东西的重量。
如果（digitalRead（tpin）== LOW）{ LoadCell.tareNoDelay（）;
现在，我们需要为不同的指示设置条件，例如设置蜂鸣器的延迟和指示灯状态。我们使用 if 条件进行操作，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，然后将该值存储在变量k中。
float k = buttonPushCounter-i;
1.如果设定重量与测量重量之差大于或等于50gms，则蜂鸣器会发出200毫秒的延迟蜂鸣声（缓慢）。
如果（k> = 50） { digitalWrite（6，HIGH）; 延迟（200）; digitalWrite（6，LOW）; 延迟（200）; }
2.如果设定重量和测量重量之间的差值小于50且大于1克，则蜂鸣器会发出50毫秒的蜂鸣声（更快）。
if（k <50 && k> 1） { digitalWrite（6，HIGH）; 延迟（50）; digitalWrite（6，LOW）; 延迟（50）; }
3.当测量重量等于或大于设定值时，这将打开绿色指示灯，并关闭蜂鸣器和红色指示灯。
if（i> = buttonPushCounter） { digitalWrite（6，LOW）; digitalWrite（12，HIGH）; }
我们还有两个void功能（）用于设置设定的重量（用于计数按钮按下次数）。
每按一次该功能将设定值增加10gms。这是通过使用Arduino的 digitalRead 函数来完成的，如果引脚为低电平，则意味着按下了按钮，这将使该值增加10gms。
up_buttonState = digitalRead（Up_buttonPin）; 如果（up_buttonState！= up_lastButtonState）{ 如果（up_buttonState == LOW）{ bPress = true; buttonPushCounter = buttonPushCounter + 10; }
同样，
checkdown用于将每次按下的设置值减少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10kg的重量（我们可以通过使用额定值更高的称重传感器来增加此限制）。与原始测量相比，此精度为99％。
如果您对此基于Arduino的LCD重量平衡机电路有任何疑问，请将其张贴在评论部分，谢谢！