以前在X宝上买过一个称重放大器，180+大洋。原理基本上就是把桥式拉力传感器输出的mV级信号放大到5V供单片机读取。连接实验电路的时候很完美，能
实现重量的转换，但是实际组装后却发现这种A/A模块受到的干扰太严重了，包括电源的干扰，导线长短的干扰，导线位置变化的干扰，无线电的干扰等等等
等……实在是恼人。
后来感觉是思路错误了，就不该用模拟信号来传输，于是决定使用A/D模块来把重量转换成数字信号传输，A/D模块就固定在离传感器最近的地方，将输出的数字信号用导线传输给单片机，这样能很大程度减小各种干扰。
在网上搜了一下A/D模块，基本上有两种廉价成品：HX711和PCF8591，它们分别是8位转换模块和24位转换模块。
PCF8591：
功能简介： 基于I2C接口的AD/DA转换模块，8位精度，四通道AD，单通道DA，电压输出型
最大特点： 1. 支持两种接口类型接入目标板：排针或排座
2. 支持I2C总线级联（通过排针、排座对接的方法，可同时使用多个I2C模块）
典型应用： 低速AD/DA转换
主要资源： PCF8591，I2C接口排针，I2C接口排座，可调电阻，AD输入口，DA输出口，地址跳线端口
HX711：
模块工作电压：4.8-5.5v
典型电流 1.6mA
体积：长 2.9cm * 宽 1.7cm * 高 0.4cm
● 带金属屏蔽，强抗干扰，预留MCU(STC15F104)位置，可自行升级二次开发。
● 两路可选择差分输入
● 片内低噪声可编程放大器，可选增益为32、64 和128
● 片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D 转换器提供电源
● 片内时钟振荡器无需任何外接器件，必要时也可使用外接晶振或时钟
● 上电自动复位电路
● 简单的数字控制和串口通讯：所有控制由管脚输入，芯片内寄存器无需编程
● 可选择10Hz 或80Hz 的输出数据速率
● 同步抑制50Hz 和60Hz 的电源干扰
● 耗电量（含稳压电源电路）：
典型工作电流：< 1.7mA, 断电电流：< 1μA
● 工作电压范围：2.6 ~ 5.5V
● 工作温度范围：-20 ~ +85℃
===============================我叫分割线=================================
我要使用的拉力传感器为传统的桥式传感器，量程1kg，想要达到1g的精度，这就要求模块输出位数至少为10位（2^10=1024），8位的
PCF8591无法胜任，因为它的精度只有2^8=256位。所以决定使用HX711作为我的A/D模块，而且我选的HX711模块还带屏蔽壳，正符合我
的要求。
先来看一下该模块的常用接法：
模拟输入
通道 A 模拟差分输入可直接与桥式传感器的差分输出相接。由于桥式传感器输出的信号较小，为了充分利用A/D 转换器的输入动态范围，该通道的可编程增益较大，为128 或64。这些增益所对应的满量程差分输入电压分别±20mV 或±40mV。
通道B 为固定的32 增益，所对应的满量程差分输入电压为±80mV。通道B 应用于包括电池在内的系统参数检测。
供电电源
数字电源(DVDD)应使用与MCU 芯片相同的的数字供电电源。HX711 芯片内的稳压电路可同时向 A/D
转换器和外部传感器提供模拟电源。稳压电源的供电电压(VSUP)可与数字电源(DVDD)相同。稳压电源的输出电压值（VAVDD）由外部分压电阻
R1、R2 和芯片的输出参考电压VBG
决定（图1），VAVDD=VBG(R1+R2)/R2。应选择该输出电压比稳压电源的输入电压(VSUP)低至少100mV。
如果不使用芯片内的稳压电路，管脚VSUP应连接到DVDD 或AVDD 中电压较高的一个管脚上。管脚VBG 上不需要外接电容，管脚VFB
应接地，管脚BASE 为无连接。时钟选择如果将管脚 XI 接地，HX711
将自动选择使用内部时钟振荡器，并自动关闭外部时钟输入和晶振的相关电路。这种情况下，典型输出数据速率为10Hz
或80Hz。如果需要准确的输出数据速率，可将外部输入时钟通过一个20pF 的隔直电容连接到XI管脚上，或将晶振连接到XI 和XO
管脚上。这种情况下，芯片内的时钟振荡器电路会自动关
闭，晶振时钟或外部输入时钟电路被采用。此时，若晶振频率为11.0592MHz, 输出数据速率为准确的10Hz
或80Hz。输出数据速率与晶振频率以上述关系按比例增加或减少。使用外部输入时钟时，外部时钟信号不一定需要为方波。可将MCU
芯片的晶振输出管脚上的时钟信号通过20pF 的隔直电容连接到XI管脚上，作为外部时钟输入。外部时钟输入信号的幅值可低至150mV。
串口通讯
串口通讯线由管脚PD_SCK 和DOUT 组成，用来输出数据，选择输入通道和增益。当数据输出管脚DOUT 为高电平时，表明
A/D 转换器还未准备好输出数据，此时串口时钟输入信号PD_SCK 应为低电平。当DOUT 从高电平变低电平后，PD_SCK 应输入25 至27
个不等的时钟脉冲（图二）。其中第一个时钟脉冲的上升沿将读出输出24 位数据的最高位（MSB），直至第24 个时钟脉冲完成，24
位输出数据从最高位至最低位逐位输出完成。第25至27 个时钟脉冲用来选择下一次A/D 转换的输入通道和增益，参见表三。
PD_SCK 脉冲数输入通道 增益
时序图
PD_SCK 的输入时钟脉冲数不应少于25 或多于27，否则会造成串口通讯错误。当A/D 转换器的输入通道或增益改变时，A/D 转换器需要4 个数据输出周期才能稳定。DOUT 在4 个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据。
==============================我也是分割线================================
好了，看了这么多原理很多人一定已经晕了，下面来简单的：HX711在Arduino上的使用！
经过各种搜索，仅仅在Google Project上找到了一个 phk@FreeBSD.ORG 写的 Arduino 库（感谢啊！），功能很完善，而且支持多版本的Arduino。
我备份在这里吧，以免以后找不到：
hx711-arduino-v0.01.tar.gz
(1.3 KB, 下载次数: 179)
再来看一下接线：
1. VCC 可以是 2.6-5.5 中的任意值，因为我们使用的是 Arduino ，所以直接5V供电，GND 接地。
2. SCK 接 Arduino 的 Pin 9，DT 接 Pin10，这两个接脚可以在程序中改变。
3. E+、E-、A+ 和 A- 分别接桥式传感器的：激励电压正、负，输出电压正、负
（E+ 接红线；E- 接黑线；A+ 接绿或蓝线；A- 接白线）。
4. B+ 和 B- 接通道B的传感器，也可以通过分压电路接电源，用来检测电源电压。不用的话最好接GND，不过我试验不接也没问题。
在 Arduino 中打开示例代码，可以看到非常简单：- #include <HX711.h> // 包含库的头文件
- HX711 hx(9, 10); // 数据接脚定义
- void setup() {
- Serial.begin(9600);
- }
- void loop()
- {
- double sum = 0; // 为了减小误差，一次取出10个值后求平均值。
- for (int i = 0; i < 10; i++) // 循环的越多精度越高，当然耗费的时间也越多
- sum += hx.read(); // 累加
- Serial.println(sum/10); // 求平均值进行均差
- }
- HX711(byte sck, byte dout, byte amp = 128, double co = 1); // 定义 sck、dout 接脚，增益倍数（默认128）和修正系数（默认1）
- void set_amp(byte amp); // 改变增益倍数和对应的通道，至少调用一次 read() 后起作用
- bool is_ready(); // 返回 hx711 是否可用，在 read() 函数中会被调用
- long read(); // 返回传感器电压值，如果 hx711 不可用则程序会暂停在此函数
- double bias_read(); // 返回：(read() - 偏移值) * 修正系数
- void tare(int t = 10); // 将皮重添加到偏移值，影响每次 read(); 的调用
- void set_co(double co = 1); // 修改修正系数（默认为1）
- void set_offset(long offset = 0); // 修改偏移值（默认为0）
这里唯一需要解释的是第一个函数，- HX711 hx(9, 10); // 这样用说明只定义SCK和DOUT接脚，AMP默认使用A通道的128位增益，修正系数默认为1；
- HX711 hx(9, 10, 64); // 这样用说明定义SCK和DOUT接脚，AMP使用A通道的64增益，修正系数默认为1；
- HX711 hx(9, 10, 32, 1.4); // 这样用说明定义SCK和DOUT接脚，AMP使用B通道的32位增益，修正系数为1.4；
里有关通道和增益倍数的选择，资料中已经提及过，A通道只有128和64位两种增益倍数，对应满载电压为 20mV 和
40mV，B通道只有固定的32位增益倍数，满载电压为
80mV，使用时各个通道输入电压不要超过对应增益倍数的满载电压。当然，程序中额可以随时切换增益倍数和通道，使用set_amp(amp)函数即可，
当然，amp 的值只能是 128、64或32。
再强调一句，如果增益倍数选择32位增益，那么读出的数据就是B通道的。
==============================我真的是分割线================================
下面写一个具体应用示例：
我选择的传感器参数如下：
满量程输出电压=激励电压x灵敏度1.0mV/V
例如：供电电压是5V乘以灵敏度1.0mV/V=满量程5mV
实际上我选用的这个模块，当电源电压是5V时，供给传感器的供电电压是4V，于是我的传感器满量程电压为4mV。
这样我就完全可以选择增益倍数最高的A通道128位增益来得到最高的精度。
电子称连接图示：
图中绿色的为HX711模块，右下角为Arduino
UNO，吊臂上挂着的就是桥式传感器（我连接的方式为悬吊式测拉力值），AD模块与传感器间的电线越短越好，过长的话会受到各种干扰，AD模块与
Arduino之间的连线最好也不要超过30cm，如果必须加长的话，可以考虑使用带电磁屏蔽的线以及信号放大器。
首先使用库自带的例子测试一下，可以看到悬挂上1kg砝码以及托盘等部件后得到的值为：- 1315588.75
- 1315597.75
- 1315607.37
- 1315606.75
- 1315604.75
- 1315589.62
- 1315579.62
- 1315594.25
- 1315588.75
- 1315580.25
- 1315589.00
- 1315584.25
- 1315605.50
- 1315596.12
- 1315592.25
- 1315607.75
- 1315585.75
- 1315582.87
- 1315568.75
- 1315574.75
- 1315578.00
- 1315583.12
- 1315604.62
- 1315573.50
- 1315584.25
- 742865.50
- 742847.87
- 742869.00
- 742879.12
- 742873.68
- 742858.81
- 742867.81
- 742843.37
- 742862.18
- 742844.87
- 742856.50
- 742834.31
- 742831.31
- 742825.12
- 742842.31
- 742821.31
- 742816.12
- 742846.00
- 742844.00
- 742826.87
- 742818.12
- 742812.87
- 742807.18
- 742835.00
1315500 - 742800 = 572700
所以修正系数大概为： 500 / 572700 = 0.00087305
那么程序就可以写成（这时可以适当的减小些读取速度，增加个delay，比如让程序半分钟一读取）：
- #include <HX711.h>
- HX711 hx(9, 10, 128, 0.00087305);
- void setup() {
- Serial.begin(9600);
- }
- void loop() {
- delay(500);
- double sum = 0;
- for (int i = 0; i < 10; i++)
- sum += hx.read();
- Serial.println(sum/10);
- }
- 169640.70
- 169632.59
- 169632.90
- 169640.90
- 169632.79
- 169623.59
- 169649.79
- 169610.40
- 169615.20
- 169659.40
- 169619.90
- 169624.79
- 169614.79
- 169624.29
- 169617.79
- 169629.20
- 169604.00
- 169617.50
- 169628.20
- 169589.40
- 169602.29
- 169598.40
- 169596.40
- 169604.00
- 169612.40
- 169592.20
- #include <HX711.h>
- HX711 hx(9, 10, 128, 0.00087305);
- void setup() {
- Serial.begin(9600);
- hx.set_offset(169600);
- }
- void loop() {
- delay(500);
- double sum0 = 0;
- double sum1 = 0;
- for (int i = 0; i < 10; i++) {
- sum0 += hx.read();
- sum1 += hx.bias_read();
- }
- Serial.print(sum0/10);
- Serial.print(" ");
- Serial.println(sum1/10);
- }
- 169615.20 0.01
- 169616.70 0.02
- 169613.40 0.02
- 169636.50 0.03
- 169620.70 0.02
- 169638.09 0.04
- 169625.29 0.02
- 169620.50 0.02
- 169612.29 0.01
- 169609.79 0.01
- 169624.40 0.02
- 169625.20 0.02
- 169630.00 0.03
- 169628.29 0.03
- 169606.29 0.00
- 169617.79 0.02
- 169637.90 0.03
- 169603.70 0.00
- 169605.29 0.01
- 169636.50 0.03
- 742492.68 500.16
- 742499.81 500.17
- 742503.81 500.17
- 742505.18 500.18
- 742507.18 500.17
- 742499.31 500.17
- 742499.50 500.17
- 742512.37 500.18
- 742521.87 500.19
- 742497.87 500.17
- 742518.12 500.18
- 742518.81 500.18
- 742520.87 500.19
- 742520.68 500.19
- 742530.18 500.20
- 742532.87 500.20
- 742543.00 500.20
- 742540.12 500.21
- 742517.00 500.19
- 1315286.75 1000.25
- 1315304.62 1000.25
- 1315296.62 1000.25
- 1315302.25 1000.26
- 1315302.12 1000.26
- 1315294.25 1000.25
- 1315310.00 1000.26
- 1315277.37 1000.24
- 1315283.75 1000.24
- 1315280.25 1000.23
- 1315286.75 1000.24
- 1315293.25 1000.25
- 1315309.87 1000.26
- 1315299.50 1000.25
- 1315307.12 1000.26
- 1315304.50 1000.25
- 1315301.50 1000.25
- 1315296.75 1000.25
- 1315284.50 1000.23
- 1315284.37 1000.24
- 1315308.75 1000.26
- 1315291.62 1000.25
- 1315312.75 1000.26
- 1315312.25 1000.26
接下来就是完善程序，增加去皮重的功能了，在Arduino上接一个按钮，为了阻止电磁干扰发生误判断，我采用了常输出高电平的按钮，当按下按钮的时候输出低电平，按钮接在 4 号口上：- #include <HX711.h>
- HX711 hx(9, 10, 128, 0.00087305);
- void setup() {
- Serial.begin(9600);
- hx.set_offset(169600);
- }
- void loop() {
- if(digitalRead(4) == LOW) hx.tare();
- double sum0 = 0;
- double sum1 = 0;
- for (int i = 0; i < 10; i++) {
- sum0 += hx.read();
- sum1 += hx.bias_read();
- }
- Serial.print(sum0/10);
- Serial.print(" ");
- Serial.println(sum1/10);
- }
============================不要怀疑我是分割线=============================
去皮重也实现了，可是最求完美的我发现每次掉电后都要重新设置皮重，很是麻烦，于是决定将皮重信息存到EEPROM中保存，这样每次上电后就会自动读取存储的皮重信息，从0点开始称量了！
看了一下 HX711 的库，在去皮重的时候只需调用 hx.tare();，tare() 函数内容如下：- void HX711::tare(int t) {
- double sum = 0;
- for (int i = 0; i < t; i++) {
- sum += read();
- }
- set_offset(sum / t);
- }
- void HX711::set_offset(long offset) {
- OFFSET = offset;
- }
- double HX711::bias_read() {
- return (read() - OFFSET) * COEFFICIENT;
- }
不幸的是，HX711库并不允许我们这么做。也许有人要说了，那就调用 tare() 后 再调用一次 read() 来获取
OFFSET呗。这样可不行，首先调用 tare() 的时候本身就会调用 10 次 read() 并求平均值作为 OFFSET
来使用，我们再调用一次 read() 读出的数既不是之前那个平均值，精度也不如前面的平均值高，就算再求一次 10个 数的平均值，也得不到之前那个
OFFSET了，精度会大打折扣的。
看来唯一的办法就是自己手动改一下 HX711 的库，让它在调用 tare() 的时候直接返回个
OFFSET，这样就解决了我们的需求。为了和官方库区分，我们改一下库的名字，将 HX711 库文件夹复制一份改名为 HX711A ，然后将
HX711.cpp 改为 HX711A.cpp，同样 HX711.h 改为 HX711A.h。然后打开 HX711A.cpp 和 HX711A.h，作出修改。改动如下：
HX711A.cpp：- #include <HX711.h> -> #include <HX711A.h>
- void HX711::tare(int t) { - > double HX711::tare(int t) {
- 并在 tare 函数结尾加入： return sum / t;
- #ifndef HX711_H -> #ifndef HX711A_H
- #define HX711_H -> #define HX711A_H
- void tare(int t = 10); -> double tare(int t = 10);
可是新的问题又出现了，OFFSET 值是 double 类型的，而我们 Arduino 提供的 EEPROM 库一次仅能存储1个 char
类型数据。于是上网查资料，发现弘版有个帖子提到了多类型存储，可是相应的库编译后有点庞大，还是自己解决吧，写了个共用体实现的double类型存储，
见我的帖子，可以在程序里加入这一部分内容。
----帖子内容引用------------------------
有的时候我们需要将float或者double类型的数据存到EEPROM中以备下次利用，比如制作电子称存储皮重等信息时。
但是Arduino的EEPROM仅仅能以8bit一位存储1024位。
在网上查了一下，貌似使用共用体的方法很火，于是写了个代码：
数据拆分存储部分：- dvalue.v = 169600.00;
- unsigned char *dpointer;
- dpointer = dvalue.dchar;
- for(int i = 0; i < 8; i++) {
- EEPROM.write(i,*dpointer);
- dpointer++;
- }
- for(int i = 0; i < 8; i++) dvalue.dchar[ i] = EEPROM.read(i);
- Serial.println(dvalue.v);
- #include <EEPROM.h>
- union data {
- double v;
- unsigned char dchar[8];
- } dvalue;
- void setup() {
- Serial.begin(9600);
-
- //数据拆分
- dvalue.v = 169600.00;
- unsigned char *dpointer;
- dpointer = dvalue.dchar;
- for(int i = 0; i < 8; i++) {
- EEPROM.write(i,*dpointer);
- dpointer++;
- }
- }
- void loop()
- {
- //数据还原
- for(int i = 0; i < 8; i++) dvalue.dchar[ i] = EEPROM.read(i);
- Serial.println(dvalue.v);
- delay(1000);
- }
EEPROM库中貌似还有个put方法可以存各种数据类型，感谢18# 葱拌豆腐 提供
http://www.arduino.cc/en/Reference/EEPROM
----------------------------
另外，经过查询资料，桥式传感器受温度影响的偏移量也不容忽视，可以在系统中加入温度传感器（例如DS18B20），并在计算重量的时候加入线性温度漂移修正，这里我就不写温度相关代码了，仅给出温度漂移修正的函数供大家参考：- #include <HX711A.h>
- #include <EEPROM.h>
- HX711 hx(9, 10, 128, 0.00087305);
- int i=0;
- // 用于在 EEPROM 中储存 double 类型数据的共用体
- unsigned char *dpointer;
- union data {
- double v;
- unsigned char dchar[8];
- } dvalue;
- void setup() {
- Serial.begin(9600);
- for(i = 0; i < 8; i++) dvalue.dchar[ i] = EEPROM.read(i); // 从 EEPROM 读取偏移量
- hx.set_offset(dvalue.v); // 设置已读取的偏移量
- }
- void loop() {
- if(digitalRead(4) == LOW) {
- dvalue.v = hx.tare(); // 去皮重并读取偏移量
- hx.set_offset(dvalue.v); // 设置已读取的偏移量
- dpointer = dvalue.dchar; // 以下程序将偏移量分解并储存到 EEPROM
- for(i = 0; i < 8; i++) {
- EEPROM.write(i,*dpointer);
- dpointer++;
- }
- }
- double sum = 0;
- for (i = 0; i < 10; i++) {
- sum += hx.bias_read();
- }
- Serial.println(sum/10);
- //Serial.println(sum / 10 * (1 + (20 - temprature) / 10 * 0.02)）; // 带线性温度补偿的输出，注意temprature单位为摄氏度。
- }
此外，程序可以增加的功能还有：
1.LCD显示
2.键盘输入及语音功能
3.标准砝码校准功能（如500g），其实就是修正系数的自我修正功能。
这几个功能我就不再研究了，都不难，留给各位自己发挥的空间吧
全文完 |
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