Станьте мастером цифровой весы: Собираем Raspberry Pi Scale с датчиком веса HX711

Введение в мир цифровых весов

Цифровая весы — это не просто прибор для определения массы. Это своего рода окно в мир точных измерений, где каждый грамм имеет значение. Если вы когда-нибудь задумывались о том, как можно использовать современные технологии для создания полезных устройств дома или для бизнеса, то вы на правильном пути. Собрать собственную цифровую весы с использованием Raspberry Pi и датчика веса HX711 — это не только увлекательный, но и весьма полезный проект.

Так почему же стоит выбрать именно этот проект? Во-первых, Raspberry Pi — это миниатюрный компьютер, которым пользуются энтузиасты по всему миру для создания самых разнообразных гаджетов. Он легко программируется и предлагает огромные возможности для интеграции с различными устройствами. А датчик веса HX711, в свою очередь, позволяет осуществлять высокоточное измерение массы, что делает его идеальным выбором для нашего проекта.

В этой статье мы шаг за шагом разберем, как создать свою первую цифровую весы. Мы погрузимся в удивительный мир маломощных электронных устройств и научимся программировать их для выполнения специфических задач. Готовы? Тогда начнем!

Что такое Raspberry Pi и почему он популярен?

Raspberry Pi — это крошечных размеров компьютер, который может выполнять многие функции своего крупного собрата. Он завоевал популярность благодаря доступности, небольшой стоимости и возможности применять его для решения множества задач, будь то образование, развлечения или разработка сложных проектов. В настоящее время существует несколько моделей Raspberry Pi, каждая из которых обладает своими особенностями и преимуществами.

Одной из основных причин популярности Raspberry Pi является легкость в использовании и сопровождении. Для начала работы вам даже не нужно быть опытным программистом. Достаточно базовых знаний, чтобы написать первые программы и получить от этого удовольствие. Raspberry Pi активно используется в образовательных учреждениях для обучения школьников и студентов основам программирования и электроники.

Raspberry Pi также предлагает широкие возможности для творческих проектов. С его помощью можно создать медиацентр, автоматизировать задачи по “умному дому”, разрабатывать роботов и, конечно же, собирать цифровые весы. Заинтересовались? Идем дальше.

Основы работы с датчиком веса HX711

Прежде чем мы непосредственно перейдем к сборке нашей цифровой весы, стоит разобраться с принципами работы датчика веса HX711. Это специальный модуль, который используется для работы с аналоговыми сигналами от тензодатчиков и преобразует их в цифровые данные. Данный модуль нашел широкое применение в тех областях, где требуется высокая точность измерений.

Почему выбирают HX711?

– **Высокая точность измерения**: HX711 обеспечивает точные измерения и имеет встроенный поверхностный монтажный ADC с преобразователем 24-бит.
– **Низкая стоимость**: Он способен обеспечить высокое качество измерений при относительно невысокой цене.

Как он работает?

HX711 подключается к тензодатчику, который представляет собой устройство, изменяющее своё сопротивление при физических деформациях. Это изменение сопротивления фиксируется HX711, который, в свою очередь, преобразует его в цифровой сигнал и отправляет на Raspberry Pi для обработки.

Подготовка к сборке: необходимые компоненты и инструменты

Теперь, когда вы имеете общее представление о том, что такое Raspberry Pi и HX711, пора позаботиться о подготовке всех необходимых компонентов и инструментов для нашего проекта.

Что нам потребуется?

– **Raspberry Pi (любой модели)**: Это основа нашего проекта.
– **Датчик веса HX711**: Ключевой компонент для получения данных о весе.
– **Тензодатчик (обычно используется с четырехпроводным подключением)**: Служит для прямого измерения физического давления.
– **Набор проводов и макетная плата**: Для подключения компонентов между собой.
– **Кремниевые весы (или готовая платформа)**: Основная поверхность, на которой будет происходить измерение.
– **Блок питания Raspberry Pi**: Для стабильного питания нашей системы.
– **Микро SD-карта с установленным Raspberry Pi OS**: Для работы нашего мини-компьютера.

Инструменты и материалы:

• Отвертка (крестовая и плоская)
• Паяльник и припой (в некоторых случаях это может потребоваться)
• Компьютер (для программирования Raspberry Pi)

Шаг первый: установка программного обеспечения на Raspberry Pi

Перед тем, как перейти к непосредственной сборке устройства, необходимо удостовериться, что наше программное обеспечение готово для выполнения задачи. Для работы с Raspberry Pi требуется установленная операционная система. Мы будем использовать Raspberry Pi OS.

Процесс установки системы:

1. **Скачайте Raspberry Pi Imager**: Инструмент, который можно установить на ваш ПК, чтобы записать образы операционных систем на microSD-карты.

2. **Подготовьте карту памяти**: Сформатируйте microSD-карту, чтобы убрать с нее все данные.

3. **Запишите образ ОС**: С помощью Raspberry Pi Imager выберите нужную операционную систему и запишите её на карту памяти.

4. **Включите Raspberry Pi**: После того, как операционная система будет записана на карту, поместите её в слот для карт памяти Raspberry Pi и подключите блок питания.

5. **Настройте окружение**: Подключите Raspberry Pi к вашему монитору, мыши и клавиатуре. После включения вы сможете настроить базовые параметры, включая подключение к Интернету.

Шаг второй: соединение датчика HX711 с Raspberry Pi

Теперь, когда наше программное обеспечение установлено, пора приступить к “физике” проекта — соединению всех компонентов.

Соединение датчика веса HX711:

1. **Подключение HX711 к тензодатчику**:

2. **Подключение HX711 к Raspberry Pi**:

• VCC: Подключите к 5V на Raspberry Pi, чтобы подать питание.
• GND: Подключите к общему (GND) на Raspberry Pi для закрытия цепи.
• DT: Подключите к GPIO5 (или любому доступному пину) для получения данных.
• CLK: Подключите к GPIO6 (или любому доступному пину) для синхронизации клока.

Шаг третий: программирование Raspberry Pi для работы с HX711

После подключения всех компонентов необходимо заняться программной частью. Благодаря Python, работать с Raspberry Pi и датчиком веса становится довольно просто и интуитивно.

Установка библиотек и написание основного кода

1. **Установите Python**: Обычно он уже предустановлен на Raspberry Pi OS, но если нет, используйте команду: `sudo apt-get install python3`.

2. **Установка необходимых библиотек**:

pip install RPi.GPIO
pip install pi-ina219

3. **Написание кода для считывания данных с датчика**:

Создайте файл `scale.py` и добавьте следующий код:

python
import RPi.GPIO as GPIO
from hx711 import HX711

def clean_and_exit():
print(“Cleaning…”)
GPIO.cleanup()
print(“Bye!”)
sys.exit()

hx = HX711(5, 6)
hx.set_reading_format(“MSB”, “MSB”)
hx.set_reference_unit(92)
hx.reset()
hx.tare()

while True:
try:
val = hx.get_weight(5)
print(val)
hx.power_down()
hx.power_up()
time.sleep(0.1)

except (KeyboardInterrupt, SystemExit):
clean_and_exit()

Шаг четвертый: калибровка вашей цифровой весы

Калибровка — важный этап для любых измерительных устройств, и наша цифровая весы не исключение. Это нужно для того, чтобы датчик давал точные показания, соответствующие действительной массе объектов.

Основные шаги калибровки

1. **Определение “нулевого” показания**: Очистите весы от чего-либо и установите их в “ноль” для корректного считывания веса.

2. **Проверка с известным весом**: Возьмите объект с точно известной массой (к примеру, 1 кг) и используйте его для обучения весы правильным показаниям.

3. **Настройка коэффициентов**: В коде, который мы писали выше, вам может понадобиться изменить значение `set_reference_unit()` для соответствия вашим данным.

Шаг пятый: создание интерфейса для пользовательской работы

Теперь, когда всё настроено, давайте создадим простой, но эффективный интерфейс, с обязательным добавлением графического интерфейса (GUI) для пользователей.

Создание интерфейса с помощью Tkinter

1. **Установка Tkinter**:

sudo apt-get install python3-tk

2. **Создание оконного приложения**:

python
import tkinter as tk
import scale # наш ранее написанный код

class WeightGUI:
def __init__(self, root):
self.root = root
self.root.title(“Цифровая весы”)

self.label_weight = tk.Label(root, text=”Вес: “, font=(“Arial”, 18))
self.label_weight.pack()

self.button_update = tk.Button(root, text=”Обновить”, command=self.update_weight)
self.button_update.pack()

def update_weight(self):
val = scale.hx.get_weight(5)
self.label_weight.config(text=f”Вес: {val} г”)

if __name__ == “__main__”:
root = tk.Tk()
app = WeightGUI(root)
root.mainloop()

Заключение: совершенствуйте свои навыки и экспериментируйте

Собрать цифровую весы на базе Raspberry Pi и датчика веса HX711 может любой, даже начинающий энтузиаст электроники. Мы разобрали каждый шаг, необходимый для создания работающего устройства: от установки программного обеспечения до написания программного кода. Не бойтесь экспериментировать, усовершенствовать проект и добавлять новые функции. Создание устройств своими руками не только развивает полезные навыки, но и приносит массу удовольствия!

Так что, если у вас в коробке с электроникой сейчас есть простаивающий Raspberry Pi и HX711, самое время дать им новую жизнь! Удачи в творческих начинаниях и покорении своих инженерных вершин.