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30 分钟

使用AD7780和STM32F410RB实现数据驱动的精确重量测量

重量重要,精度至关

Load Cell 5 Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Load Cell 5 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

通过准确的体重追踪实现您的健康目标,助您取得个性化的进步。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Load Cell 5 Click基于Analog Devices的AD7780,这是一款针脚可编程、低功耗、低漂移的24位ΣΔ ADC,包含一个PGA并使用内部时钟。AD7780通常只消耗330μA,简化了这种称重系统设计,因为大多数系统构建模块已经在芯片上。AD7780有两种滤波器选项,可通过FIL引脚选择(低状态 - 16.7Hz,高状态 - 10Hz)和一种掉电模式,允许用户在不进行转换时关闭桥传感器的电源并关闭AD7780,提高电池寿命。由于AD7780为称重系统提供了一体化解决方案,它直接与称重传感器接口。所需的唯一外部组件也在Click板™上,这些组件是模拟输入的滤波器和用于EMC目的的参考引脚上的电容器。来自称重传感器的低电平信号通过

AD7780的内部PGA放大,该PGA通过mikroBUS™插座的PWM引脚(标记为GN)编程,操作增益为128或1。然后,AD7780的转换结果通过SPI串行接口发送到MCU,数字信息被转换为重量。此Click板™使用6线称重传感器配置,具有两个感测引脚、接地、供电和两个输出连接。连接到AD7780参考输入的称重传感器差分SENSE线创建了一个对电源激励电压的低频变化免疫的比率配置。这些感测引脚连接到惠斯通电桥的高低侧,无论因电线电阻导致的电压降如何,都可以精确测量电压。AD7780有单独的模拟和数字电源引脚。模拟和数字电源彼此独立,可以是不同的或通过AVDD SEL跳线实现的相同电位。此功能允许选择AD7780电源供应在外

部电源(2.7 - 5.25V)和通过mikroBUS™轨道供应的逻辑电压电平之间。Load Cell 5 Click通过双用途的DOUT/RDY线使用标准SPI接口与MCU通信。该线可以作为SPI接口的常规数据输出引脚或数据就绪引脚(中断),标记为RDY并路由到mikroBUS插座的INT引脚。此外,它使用mikroBUS™插座上的RST引脚,通过将该引脚置于逻辑低状态来执行硬件复位功能,标记为ACTIVE的蓝色二极管用于指示设备的活动操作状态。此Click板™可以通过VCC SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平。这样,3.3V和5V的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Load Cell 5 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
PC12
RST
Filter Selection
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Gain Selection
PC8
PWM
Interrupt / Data Ready
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Load Cell 5 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F410RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Load Cell 5 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • loadcell5_set_power_mode - Load Cell 5 设置电源模式的函数

  • loadcell5_read_adc - Load Cell 5 读取ADC数据的函数

  • loadcell5_get_weight - Load Cell 5 获取重量的函数

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief LoadCell5 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for Load Cell 5 Click driver.
 * The library initializes and defines the SPI bus drivers to read status and ADC data. 
 * The library also includes a function for tare, calibration and weight measurement.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of SPI module, log UART, and additional pins
 * and performs the power on. Sets tare the scale, calibrate scale 
 * and start measurements. 
 *
 * ## Application Task
 * This is an example that demonstrates the use of the Load Cell 5 Click board.
 * The Load Cell 5 Click board can be used to measure weight,
 * shows the measurement of scales in grams [ g ].
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "loadcell5.h"

static loadcell5_t loadcell5;
static log_t logger;

static uint8_t status_val;
static uint32_t adc_val;

static loadcell5_data_t cell_data;
static float weight_val;

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    loadcell5_cfg_t loadcell5_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.

    loadcell5_cfg_setup( &loadcell5_cfg );
    LOADCELL5_MAP_MIKROBUS( loadcell5_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = loadcell5_init( &loadcell5, &loadcell5_cfg );
    if ( init_flag == SPI_MASTER_ERROR ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    loadcell5_default_cfg ( &loadcell5 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms ( 500 ); 
    
    log_printf( &logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf( &logger, "     Tare the scale :    \r\n");
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - -\r\n");
    log_printf( &logger, " >> Remove all object << \r\n");
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - -\r\n");
    log_printf( &logger, " In the following 10 sec \r\n");
    log_printf( &logger, " please remove all object\r\n");
    log_printf( &logger, "     from the scale.     \r\n");
    // 10 seconds delay
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf( &logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf( &logger, "    Start tare scales    \r\n");
    loadcell5_tare ( &loadcell5, &cell_data );
    Delay_ms ( 500 );

    log_printf( &logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf( &logger, "   Tarring is complete   \r\n");
    log_printf( &logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf( &logger, "    Calibrate Scale :    \r\n");
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - -\r\n");
    log_printf( &logger, "   >>> Load etalon <<<   \r\n");
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - -\r\n");
    log_printf( &logger, " In the following 10 sec \r\n");
    log_printf( &logger, "place 100g weight etalon\r\n");
    log_printf( &logger, "    on the scale for     \r\n");
    log_printf( &logger, "   calibration purpose.  \r\n");
    // 10 seconds delay
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );

    log_printf( &logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf( &logger, "    Start calibration    \r\n");

    if ( loadcell5_calibration ( &loadcell5, LOADCELL5_WEIGHT_100G, &cell_data ) == LOADCELL5_OK ) {
        log_printf( &logger, "-------------------------\r\n");
        log_printf( &logger, "    Calibration  Done    \r\n");

        log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - -\r\n");
        log_printf( &logger, "  >>> Remove etalon <<<  \r\n");
        log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - -\r\n");
        log_printf( &logger, " In the following 10 sec \r\n");
        log_printf( &logger, "   remove 100g weight   \r\n");
        log_printf( &logger, "   etalon on the scale.  \r\n");
        // 10 seconds delay
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    else {
        log_printf( &logger, "-------------------------\r\n");
        log_printf( &logger, "   Calibration  Error   \r\n");
        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf( &logger, "   Start measurements :  \r\n");
    log_printf( &logger, "-------------------------\r\n");
}

void application_task ( void ) {   
    weight_val = loadcell5_get_weight( &loadcell5, &cell_data );

    log_printf(&logger, "   Weight : %.2f g\r\n", weight_val );

    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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