电子秤开源硬件

描述

这个项目是在阅读了Indrek Luuk在Circuit Journal 网站上关于称重传感器的文章后产生的。称重传感器设计用于测量物体的重量。它基本上是一个包含 4 个电阻应变片的铝条。

称重传感器的工作原理

 

4 个电阻应变传感器以惠斯通电桥配置连接在一起。静止时，传感器具有相同的电阻（大约 1000 欧姆）。通过在红/黑线上放置 5 伏电压，绿色端子的电压为 2.5V，白色端子的电压也为 2.5V。电压表V测得的电压差为0V。

当重量施加到称重传感器时，两个相对的传感器将同等地改变它们的电阻。在图中，红色传感器的电阻降低（施加到它们的应变较小），而蓝色传感器的电阻增加（施加到它们的应变更大）。电压表测量绿/白节点之间的电压差。电压与施加的负载成比例变化。

电压的变化很小，因此需要将其放大并转换为数字信号，以便微处理器可以读取它。这是通过 HX711 模块完成的，该模块包含一个放大器和 24 位模数转换器。

本项目使用的5kgm称重传感器和HX711模块

 

称重传感器具有不同的尺寸，具体取决于它们设计用于测量的最大重量。典型尺寸为 1/5/10/20/200kg。螺丝孔的数量、它们的中心和螺纹尺寸根据称重传感器的尺寸而变化。

5kg 称重传感器和 HX711 模块在 Ali-Express 的售价约为 5 澳元。

示范

3D打印

打印很简单。在切片器中使用以下设置。

“LoadCellBase V2.stl” - 0.2mm 层高，完全支持

“TopPlate V2.stl”- 0.2mm 层高，无支撑

“CaseFront.stl” - 0.15mm 层高，无支撑

原理图

显示/微处理器模块示意图

 

大部分繁重的工作都是由 HX711 模块完成的。我选择了 ATtiny1614 微处理器，因为它在睡眠模式下的功耗很低。重量显示在 128x32 I2C 0.91 英寸 OLED 显示屏上。

虽然这个构建包括一个装饰锅，但它最终是多余的，所以你可以把它从板上去掉。这个想法是在必要时调整显示的重量的任何差异。

印刷电路板

为了尽量减少所需的空间，电路板设计为尽可能使用表面贴装器件 (SMD)。

大部分元器件采用贴片元器件

 

如果您希望将电路板商业化制作，或者您可以像我一样自己制作，Eagle 文件已包含在内。我使用碳粉方法。

装配 - 第 1 步

首先添加 SMD 组件。我发现在焊接 SMD 元件时使用焊膏比使用卷盘中的焊料更容易。我还使用了几个月前制作的SMD 回流焊热板来回流焊膏。

如果您的电路板是单面的，请添加链接。

为从 HX711 模块引入的引线添加 4 针直角公头到电路板的铜面。

将 JST 电池连接器添加到电路板的铜面。

添加 SMD 组件、链接和标题

 

组装 - 第 2 步

将垫片粘到板上以支撑 OLED 显示屏。我使用了一个旧的针头，去掉了针脚，因为它与 OLED 显示屏上的针头高度相同。

添加 0.91 英寸 128x32 OLED 显示屏。

添加 6x6mm 触觉开关。它有一个 6 毫米的轴，还添加了按钮帽。

胶水显示支持并添加OLED屏幕和开关

 

组装 - 第 3 步

在将 PCB 添加到外壳之前，先对 ATtiny1614 进行编程会更容易。

ATtiny1614 是新一代 ATtiny 微处理器的一部分。与 ATtiny85 等早期系列不同，新品种使用 RESET 引脚对 CPU 进行编程。要对其进行编程，您需要一个 UPDI 编程器。我用 Arduino Nano 做了一个。您可以在创建您自己的 UPDI 程序员中找到完整的构建说明。它还包含将 megaTinyCore 板添加到 IDE 的说明。

将一根电线连接到 PCB 上的 UPDI 焊盘，并将其连接到 UPDI 编程器。将 5V 和 GND 线连接到您为 HX711 模块添加的直角接头上的两个外部引脚。确保极性正确！

程序成功上传后，您可以移除固定在 PCB 上的临时 UPDI 线。

连接到 UPDI 编程器并上传软件

 

组装 - 第 4 步

称重传感器用箭头标记以显示它需要走哪条路。（见下图）。使用四个 12mm M4 平头（沉头）螺钉将顶板固定到负载传感器和负载传感器底座上。

将四根电线穿过提供的孔。切割它们并将它们焊接到 HX711 模块上。

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

使用左边的电线将它们连接到以下连接：

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

沿着通道走线并穿过显示模块背面的孔。添加 4 针 Dupont 母头或将它们直接焊接到显示 PCB。

可以使用热胶将电线和/或 HX711 模块固定到位。

组装称重传感器并连接到 HX711 板

 

装配 - 第 5 步

最后将 HX711 模块连接到 PCB 上。

插入 3.7V 120mAh 锂电池。

将外壳推到底座上，它应该紧密贴合。确保在此过程中不要挤压接线。

拧入 PCB 并连接到 HX711 和电池

 

结论

这是一个有趣的项目。机箱的整体设计不太适合重载。它开始向前倾斜。“腿”需要进一步伸出来。这种情况可能更适合 1kg 称重传感器。

总的来说，我对结果很满意，所以感谢 Indrek 为这个项目提供的灵感。