HX711でロードセルをセットアップして調整する方法は？

HX711モジュールは、最新の計量システムの基礎として表示され、マイクロコントローラーと負荷セルの間の危険な境界として機能します。この記事では、HX711の詳細を調査し、1つまたは2つの負荷セルに対応するデュアルチャネル操作を強調し、構成の柔軟性を提供します。24ビットのアナログからデジタルコンバーター（ADC）とオンボードプログラム可能なゲインアンプ（PGA）に影響を与え、最小限のアナログ信号から高解像度のノイズ最大化デジタル出力を確保します。ゼロおよびフルスケールの調整を含む正確なキャリブレーション方法の関与は、産業規模からスマートキッチンシステムまでのさまざまなアプリケーションの精度を確保するために強調されています。この記事では、荷重セルのパフォーマンスに対する温度などの環境要因の影響、信頼性を高める補償技術の詳細について説明します。接続セットアップ、遭遇した典型的な問題、およびトラブルシューティング方法は、HX711ベースのシステムの機能と耐久性を最適化するための実用的な洞察を提供します。

カタログ

HX711とは何ですか？

図1：HX711

HX711は、重量または力を測定するセンサーである負荷セルとの境界線とのインターフェースに一般的に使用される電子モジュールです。24ビットADCと統合アンプを備えており、ロードセルからのアナログ信号を高解像度のデジタル出力に変換し、正確な重量測定を保証します。HX711は2つのチャネルをサポートし、1つまたは2つのロードセルへの接続を可能にし、さまざまな計量システム構成に柔軟性を提供します。低ノイズに最適化されたモジュールは、干渉を最小限に抑えることで、正確な重量測定を保証します。Arduinoなどのマイクロコントローラーと、単純なシリアルインターフェイスを介して通信し、データ送信には数個のピンのみが必要です。HX711は低電力で動作し、バッテリー駆動のシステムに適しています。そのオンボードアンプには調整可能なゲインがあり、取り付けられた荷重セルの感度に基づいてカスタマイズが可能になります。

荷重セルからの小さなアナログ信号は、センサーの出力信号強度に応じて、通常128または64のゲインに設定されたHX711の組み込みプログラム可能ゲインアンプ（PGA）によって増幅されます。この増幅された信号は、24ビットA/Dコンバーターに供給され、高精度のデジタル信号に変換されます。このプロセス中に、外部干渉を防ぐために、このプロセス中に信号線の適切なシールドと接地が必要です。変換されると、デジタル信号はHX711のシリアルインターフェイスを介してマイクロコントローラーに送信されます。移動平均フィルタリングやカルマンフィルタリングなどのデジタルフィルタリング技術を適用して、測定精度を高めることができます。キャリブレーションにはゼロキャリブレーションが含まれ、センサーの出力をゼロに設定して、既知の標準オブジェクトの実際の重量に合わせて出力を調整するために、重量とフルスケールのキャリブレーションを調整します。

ロードセルにおけるHX711の接続

図2：ロードセルのHX711

HX711は、主に計量システムのロードセルとのインターフェース用に設計されています。典型的なセットアップでは、通常、レッド（励起 +またはVCC）、黒（励起 - またはGND）、白（信号 +）、および緑（信号 - ）の4つのワイヤが付属するロードセルが直接接続されています。HX711。赤と黒のワイヤは、それぞれHX711のE+およびEピンに接続されており、必要な励起電圧を提供します。白線と緑のワイヤは、荷重セルの信号出力を処理するHX711のA+およびAピンに取り付けられています。

電力の場合、HX711は通常2.6 Vから5.5 Vの供給電圧を必要とします。モジュールは、マイクロコントローラーの対応するデジタルピンに接続するクロック（SCK）とデータ（DT）ピンを備えており、デジタル通信を促進します。すべての物理的な接続が行われた後、システムを既知の重みで調整して精度を確保する必要があります。マイクロコントローラーのソフトウェアを調整して、ロードセルのアナログ出力を特定の重量値と相関させる必要があります。HX711をマイクロコントローラーの地面に適切に接地し、可能であれば、騒音を最小限に抑え、測定精度を高めるために必要です。

さまざまな種類の負荷セルの比較

特徴	圧縮タイプ	張力タイプ	単一点タイプ	曲げビームタイプ
原理	測定ロードは垂直に適用されます	測定ロードは垂直に適用されます	1つの領域に適用される測定負荷	曲げ力を介して荷重を測定します
負荷向き	圧縮力	引張力	飛行機内の任意の方向	曲げまたは曲げ
正確さ	高い	高い	中程度から高	適度
料金	適度	中程度から高	低から中程度	低い
メンテナンス	低い	低い	低い	低い
出力	電気信号	電気信号	電気信号	電気信号
一般的なアプリケーション	産業規模、タンクの計量	クレーンスケール、材料テスト	小売スケール、プラットフォームスケール	タンクの計量、産業システム
利点	大容量、堅牢性	動的荷重に適しています	非対称の負荷に便利です	特定の範囲に対して費用対効果が高い
短所		圧縮負荷に限定されています	引張荷重に限定されています	中心外の荷重には適していません

荷重セルに対する温度の影響

図3：荷重セルの温度

温度の変化は、荷重セルの精度に大きく影響し、熱膨張と抵抗温度ゲージ材料の抵抗温度係数によるゼロドリフトと感度の変化を引き起こします。これらの効果を緩和するために、いくつかの温度補償方法を採用できます。1つの方法は、サーモキャップルまたはサーミスタを使用してセンサーの動作温度をリアルタイムで監視し、ソフトウェアシステムで処理して測定エラーを修正することです。別のアプローチには、固有の温度補償特性を持つひずみゲージ材料の選択が含まれます。4つのひずみゲージで構成される効果的なブリッジ回路を設計すると、対称的に配置され、温度補償抵抗器を追加すると温度効果がさらに最小限に抑えられます。一定の温度環境を維持することは、高精度の実験室のバランスに焦点を合わせており、熱安定性が高い接着剤を使用すると、橋回路接続の硬直ポイントが保証され、コールド溶接などの問題が回避されます。

HX711とロードセルを使用したプロジェクトの例

スマートキッチンスケールには、必要な材料には、HX711モジュール、単一点荷重セル、Arduinoマイクロコントローラー、ディスプレイ画面が含まれます。建設プロセスでは、スケールのベースでロードセルを固定し、HX711に接続し、HX711とArduinoとインターフェースすることが含まれます。Arduinoは、HX711の操作を管理し、重量データを継続的に読み取り、画面にこの情報を表示するようにプログラムされています。オプションの強化は、重量データをモバイルアプリに送信するためのBluetoothモジュールを統合することです。

図4：Arduinoマイクロコントローラーでセルをロードします

スマートゴミ缶の場合、必要なコンポーネントは、HX711モジュール、単一点荷重セル、Arduinoマイクロコントローラー、およびブザーやLEDライトなどの通知メカニズムです。セットアップでは、ゴミ缶の底部にロードセルを取り付け、HX711とArduinoに接続することが含まれます。Arduinoのソフトウェアは、ゴミの重量を監視し、ブザーを介してアラートを発行するか、ゴミが事前定義された重量に達したときにLEDを発行するように調整されています。リモート監視用のワイヤレスモジュールを追加し、システムを構成してアラートと重量データをモバイルアプリケーションに送信することも、もう1つの有益なオプションです。

図5：LEDライト付きArduinoマイクロコントローラー

一般的な問題とトラブルシューティング

HX711モジュールと計量センサーを使用する場合、信号ノイズ、ゼロドリフト、信号の不安定性、一般的なメンテナンスの課題など、いくつかの問題に遭遇する可能性があります。信号ノイズに対処するには、HX711のパワーピンの近くにフィルターコンデンサを取り付けると、パワー変動からのノイズを軽減できます。シールドケーブルを使用すると、長距離送信に特に必要な電磁干渉が隔離されます。オシロスコープを使用すると、電力ラインと信号線のノイズ源を特定するのに役立ち、シールドされたケーブルを適切に接地すると、干渉がさらに減少します。ゼロドリフトの問題は、定期的なキャリブレーションと一定の温度環境を維持するか、温度補償装置を使用して最小限に抑えることができます。また、安定性を確保するために、温度変化を継続的に監視および調整することをお勧めします。

信号の不安定性については、センサーとHX711モジュールの両方のはんだポイントを検査して、それらがしっかりしていることを確認してください。すべてのワイヤーを整合性と良好な接触を確認し、マルチメーターを使用して各接触点で抵抗を測定して接続の整合性を確認します。定期的なメンテナンスとキャリブレーションが必要です。これには、電源電圧のチェック、安全な信号線の接続の保証、センサーの機械的状態の評価が含まれます。標準重量で校正することは、センサー出力の精度を維持するための焦点です。

結論

HX711モジュールは、基本的な重量測定システムを信頼性の高い適応性のある技術ソリューションに変換することに関与しています。設計、アプリケーション、および潜在的な問題の完全な分析を通じて、この記事は、負荷セルの精度と安定性を高めるモジュールの役割を示しているだけでなく、効果的なトラブルシューティングとメンテナンスのための青写真も提供します。デジタル信号処理を高めるか、温度変動の悪影響を適格にするかにかかわらず、ここで説明する戦略は、体重に敏感なアプリケーションにおけるHX711の潜在能力を完全に結びつけることを目的としたエンジニアと技術者にとって必要です。材料科学とデジタルエレクトロニクスの将来の進歩は、HX711のようなモジュールの機能をさらに高めることを約束し、より効率的で正確な計量システムのために床を張っています。

よくある質問[FAQ]

1. HX711ロードセルの感度は何ですか？

その感度は、それが検出できる重量の変化がどれほど小さいことを示していることを示しており、主にそれに接続された荷重セルによって決定されます。負荷セルは、1 mV/vから3 mV/vの範囲の感度を提供します。つまり、出力電圧は、全負荷での励起あたりのこの量によって変化します。

2.ロードセルの感度をどのように高めますか？

ロードセルの感度を高めるために、いくつかのステップをとることができます。まず、より高いMV/V出力によって示される、より高い感度を提供するロードセルの使用を検討します。次に、より良い配線慣行を採用し、シールドテクニックを利用してノイズ干渉を減らすことにより、信号の品質を改善できます。HX711などの高解像度アナログからデジタルコンバーター（ADC）または優れたノイズ性能を持つものを使用すると便利です。HX711は、より高いゲイン設定で動作するように配置することもでき、荷重セルの感度をさらに高めます。

3. HX711の最大サンプリングレートはいくらですか？

HX711モジュールは、通常、デフォルトモードで最大80秒のサンプルをデータレートに出力できます。レート選択ピン（レートピン）を調整することにより、モードを切り替えて速度を10 Hzに増やし、高解像度測定のために速度を犠牲にしてより正確に犠牲にします。

4.ロードセルに過負荷できますか？

はい、ロードセルに過負荷をかけることができます。これにより、永久的な損傷や精度の低下につながる可能性があります。荷重セルは通常、最大容量と過負荷マージン、通常は定格容量の約150％で定格されます。この制限を超えると、セル内のひずみゲージの機械的変形と故障のリスクがあります。

5.負荷セルのバランスをどのようにバランスさせますか？

計量システムで複数の負荷セルのバランスをとることは、正確な測定を実現するための焦点です。負荷セルのバランスを効果的にバランスさせるには、最初にすべての負荷セルが同じ容量とタイプであることを保証することが主要です。それらは平等に設置する必要があり、プラットフォームまたは構造は各セルを均等にサポートするために剛性が必要です。ジャンクションボックスを使用して、各荷重セルの信号を電気的に組み合わせてバランスさせることができます。利用可能な場合は、ポテンショメータを介して出力を調整して、すべてのセル間で負荷の均等な分布を確保します。インストール後、個々のセルの出力の変更を考慮してシステム全体を校正する必要があります。