HX711: подключение тензодатчика и калибровка весов на Arduino

Почему не analogRead

Встроенный АЦП Arduino даёт 1023 деления на диапазон 0–5 В, а мост Уитстона под нагрузкой в один килограмм вырабатывает единицы милливольт — на одно деление АЦП приходится несколько граммов, и вся точность тонет в шуме. HX711 закрывает обе проблемы сразу: усиливает сигнал в 128 раз и оцифровывает его 24-битным сигма-дельта преобразователем — это 16,7 миллиона делений. Скорость скромная, 10 отсчётов в секунду (80, если замкнуть вывод RATE на землю), но для весов достаточно: платформа под грузом не дёргается. Если нужен быстрый универсальный АЦП без усиления, у нас есть разбор ADS1115 — 16 бит, восемь режимов и до 860 замеров в секунду.

Распиновка: от балки до D2 и D3

Тензодатчик — алюминиевая балка с четырьмя тензорезисторами, соединёнными в мост. У датчика четыре провода: питание моста (E+ и E−) и сигнал, снимаемый с диагонали (A+ и A−). Цвета на типовых датчиках устоялись: красный — E+, чёрный — E−, белый — A+, жёлтый или зелёный — A−. Перепутанные A+ и A− модуль не сжигают, но вес уходит в минус — лечится перестановкой проводов местами. Крепите балку жёстко: один конец на неподвижной опоре, второй принимает груз, без этого показания скачут вместе с проводами.

Калибровка за четыре шага

Коэффициент масштаба у каждого экземпляра свой: он зависит и от балки, и от жёсткости сборки. Процедура на живой плате занимает пять минут. Первый шаг — пустую платформу обнуляем: set_scale(1.0), затем tare(20). Второй — кладём эталон: гирю, бутылку воды с известным объёмом, пакет сахара. Третий — читаем «сырое» значение функцией get_value(20). Четвёртый — делим отсчёты на граммы, полученный коэффициент ставим в set_scale и проверяем вторым грузом. Для типового датчика на 5 кг коэффициент лежит в районе 2000–2400. Эталон держите рядом: мост «плывёт» от температуры, и раз в пару месяцев показания стоит сверять заново.

Скетч весов с дозированием

Задача — простая весовая автоматика: обнулиться при включении, печатать вес в Serial и зажигать светодиод на D13, когда на платформе набрана целевая порция. На живой плате вместо светодиода вешают реле дозатора или зуммер — логика не меняется.

#include "HX711.h"
 
HX711 scale;                    // DT -> D2, SCK -> D3
const unsigned long TARGET = 250;   // цель дозирования, граммов
const int PIN_LED = 13;         // сигнальный светодиод «порция набрана»
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
  scale.begin(2, 3);            // в симуляторе begin всегда успешен
  scale.set_scale(2280.0);      // калибровочный коэффициент вашего экземпляра
  scale.tare(10);               // 10 чтений в ноль — платформа пустая
  Serial.println("hx711 gotov, tara snjata");
}
 
void loop() {
  if (scale.is_ready()) {       // на живой плате ждёт 24-битный отсчёт, тут всегда да
    float w = scale.get_units(3);   // среднее из 3 чтений, граммы
    Serial.print("Ves: ");
    Serial.print(w);
    Serial.println(" g");
    if (w >= TARGET) {
      digitalWrite(PIN_LED, HIGH);  // на плате сюда — реле дозатора или зуммер
      Serial.println("cel dostignuta: porcija otmerena");
    } else {
      digitalWrite(PIN_LED, LOW);
    }
  }
  delay(500);
}

Среднее из трёх чтений (get_units(3)) приглушает дрожание последней цифры: на живой плате без него строка Serial мелькает каждые полсекунды. Порог 250 граммов вынесен в константу — править одну строку проще, чем искать сравнение в теле цикла. Проверка is_ready() в симуляторе всегда отвечает «да», а на живой плате честно ждёт готовности отсчёта: при 10 отсчётах в секунду скетч без неё начнёт хватать полузаписанные данные.

Что исполняет симулятор, а что остаётся за кадром

Рантайм поддерживает begin, is_ready, wait_ready, read, read_average, get_value, get_units, tare, set_scale и set_offset — скетч выше исполняется без единой правки. Вес при этом приходит из карточки: ползунок задаёт нагрузку от 0 до 5000 граммов, и get_units возвращает именно его. Три отклонения от живой библиотеки стоит знать заранее. Первое: get_units игнорирует тару — она запоминается для read() и get_value(), тогда как на живой плате get_units вычитает тару сам; поэтому тарим с пустой платформой, как в скетче. Второе: set_scale не пересчитывает показания get_units — коэффициент нужен настоящей плате, где get_units делит сырые отсчёты на масштаб. Третье: дрейф нуля от прогрева (первые пять минут модуль стабилизируется) и шум АЦП не моделируются — браузер показывает ползунок, а не физику моста.

Частые грабли

• Первые минуты после включения показания плывут — мост и АЦП прогреваются. Дайте модулю пять-десять минут до калибровки, иначе коэффициент уедет вместе с прогревом.
• Датчик на длинном неэкранированном проводе ловит наводки: сигнал здесь милливольтовый. Кабель экранируйте и не прокладывайте рядом с силовой проводкой.
• Балка работает только в одну сторону: удар по краю или перегруз дают остаточную деформацию, после которой датчик навсегда врёт в плюс.
• Не питайте HX711 от одной линии с сервами и реле: провалы питания моста читаются как вес. Отдельный провод от 5 В и конденсатор 100 мкФ рядом с модулем.

Частые вопросы