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使用HX711和STM32G431RB体验快速可靠的重量读取便利性

提升每一盎司的测量精度

Load cell click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Load cell click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

通过可靠和一致的体重跟踪,监控和管理您的健康旅程。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Load Cell Click 基于 Avia Semiconductor 的 HX711,这是一款专为称重应用设计的 24 位模数转换器(ADC)。该设备包含两个高分辨率(24 位)ADC,具有差分输入和内部低噪声可编程增益放大器。由于输入电压非常低,需要从连接到输入端子的称重传感器中获得最佳的信噪比。称重传感器通常有四个应变计,它们是平面电阻器,由于几何形状的变化,在受压或受拉时会改变其电阻。称重传感器通常是具有足够弹性的金属块,耐材料疲劳,因此在需要重新校准之前可以承受多次测量。当对称重传感器施加应变力时,形成惠斯通电桥的一对应变计将被拉伸,而另一对应变计将被压缩。电桥两端会出现一个小电压差,与施加的应变力成正比。这个电压差在 mV 范围内,可以通过测量和采样读取应变力强度。因此,称重传感器形成一个传感器,直接将施加的力转换为电压。正如前面提到的,HX711 IC 的主要任务是尽可能准确地采样电桥两端的电压,并且噪声最小。应变计形成的惠斯通电桥连接

到一个激励电源,以便检测电阻变化。HX711 有一个专用的稳压电压输出,提供必要的激励电压。两个差分输入连接负载,提供各种增益因子。第一个差分输入(标记为 A)提供 64 倍或 128 倍的可选增益。第二个差分输入(标记为 B)提供固定的 32 倍增益。这提供了根据所用称重传感器和应变力大小选择所需增益因子的可能性。Load Cell Click 使用片上时钟振荡器进行串行通信。数据输出速率是可选的,取决于连接到 mikroBUS™ CS 引脚的 RTE 引脚的逻辑状态。该引脚上的高逻辑电平将设置数据输出速率为每秒 80 个样本(SPS),而低逻辑电平将设置数据速率为每秒 10 个样本(SPS)。HX711 IC 的串行通信相当特殊。当数据输出引脚(DO)变为低逻辑电平时,主微控制器(MCU)可以开始在 SCK 引脚上生成时钟脉冲。数据在接下来的 24 个脉冲中时钟输出,而第 25 个时钟脉冲将再次将 DO 引脚设置为高逻辑电平。在 DO 引脚变为低逻辑电平后,时钟脉冲的数量用于确定下

次转换的增益级别和 ADC 通道。例如,如果在 DO 引脚变为低逻辑电平后应用 27 个脉冲,则下一次转换将从通道 A 时钟输出数据,并将增益放大器(PGA)设置为 64 倍。有关通信协议的更多信息可以在 HX711 数据手册中找到。然而,芯片通信由附带 Click board™ 的库处理,该库包含简单易用的功能,与所有 MikroElektronika 编译器兼容。SCK 引脚也用于关闭 IC:如果 SCK 引脚保持高电平超过 60µs,HX711 IC 将进入掉电模式。只要引脚被拉到低逻辑电平(假设仍然存在有效电源),IC 将重新上电并将寄存器重置为默认值(输入 A,PGA 设置为 128 倍)。此 Click board™ 可通过 VCC SEL 跳线选择在 3.3V 或 5V 逻辑电压水平下工作。这样,3.3V 和 5V 兼容的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,此 Click board™ 配备了一个库,包含易于使用的函数和示例代码,可用作进一步开发的参考。

Load cell click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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
NC
NC
RST
Output Data Rate
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Serial Data Clock
PC8
PWM
Serial Data Out
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!”

原理图

Load cell 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 STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

此库包含 Load Cell Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • loadcell_read_results - 读取结果功能

  • loadcell_set_rate - 设置速率功能

  • loadcell_check_out - 检查 DO 引脚状态功能

  • loadcell_reset - 重置时钟功能

  • loadcell_set_mode - 归零功能并读取结果

  • loadcell_tare - 归零功能并读取结果

  • loadcell_calibration - 校准功能

  • loadcell_get_weight - 获取重量功能

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * \file 
 * \brief Load cell Click example
 * 
 * # Description
 * Load cell click is a weight measurement click which utilizes a load cell element, 
 * in order to precisely measure the weight of an object. 
 * The Load Cell click can be used with the strain gauge type of load cells 
 * and can measure up to ±20V or ±40V of differential voltage. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes GPIO driver and performs the device reset, 
 * after which the next conversion cycle will be for channel B with 32 gate value.
 * This function also selects the frequency of internal oscillator to 10Hz.
 * Sets tare the scale, calibrate scale and start measurements.
 * 
 * ## Application Task  
 * This is an example which demonstrates the use of Load Cell Click board.
 * Display the measurement of scales in grams [ g ].
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 * All data logs write on USB uart changes for every 1 sec.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "loadcell.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static loadcell_t loadcell;
static log_t logger;

loadcell_data_t cell_data;
static float weight_val;

// ------------------------------------------------------- ADDITIONAL FUNCTIONS


// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    loadcell_cfg_t cfg;

    /** 
     * 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.

    loadcell_cfg_setup( &cfg );
    LOADCELL_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    loadcell_init( &loadcell, &cfg );
    
    log_printf(&logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf(&logger, "     Load cell click     \r\n");
    log_printf(&logger, "-------------------------\r\n");
    Delay_ms( 100 );
    
    loadcell_set_mode( &loadcell, LOADCELL_POWER_UP );
    Delay_ms( 100 );

    loadcell_reset( &loadcell );
    Delay_ms( 100 );

    loadcell_set_rate( &loadcell, LOADCELL_10HZ_INTERNAL_OSC );
    Delay_ms( 100 );

    log_printf(&logger, "    Tare the scale :   Channel B,  Gate 32  \r\n");
    log_printf(&logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf(&logger, " In the following 10 seconds please REMOVE all object from the scale.\r\n");
    Delay_ms( 10000 );

    log_printf(&logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf(&logger, "    Start tare scales    \r\n");
    loadcell_tare ( &loadcell, LOADCELL_CHANN_B_GATE_32_NEXT, &cell_data );
    Delay_ms( 500 );

    log_printf(&logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf(&logger, "    Tarring completed \r\n");

    log_printf(&logger, "-------------------------\r\n");
    log_printf(&logger, " In the following 10 seconds place 100g weight etalon on the scale for calibration purpose.\r\n");
    Delay_ms( 10000 );

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

    if ( loadcell_calibration ( &loadcell, LOADCELL_CHANN_B_GATE_32_NEXT, LOADCELL_WEIGHT_100G, &cell_data ) == LOADCELL_GET_RESULT_OK )
    {
        log_printf(&logger, "-------------------------\r\n");
        log_printf(&logger, "    Calibration  Done    \r\n");

        log_printf(&logger, "- - - - - - - - - - - - -\r\n");
        log_printf(&logger, " In the following 10 seconds please REMOVE all object from the scale.\r\n");
        Delay_ms( 10000 );
    }
    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 = loadcell_get_weight( &loadcell, LOADCELL_CHANN_B_GATE_32_NEXT, &cell_data );

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

    Delay_ms( 1000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}


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

额外支持

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