HX711完全ガイド：高精度ロードセル統合のためのマスターガイド

HX711とは

HX711とロードセルを使ったことはありますか？ないかもしれませんが、体重計とは関わったことがあるでしょう。上記コンポーネントは電子秤の必須パーツです。本記事では、HX711とロードセル秤におけるデジタルコンバータとしての入力に焦点を当てます。また、ピンアウト、特徴、ロードセル測定に関するその他の重要な洞察を紹介します。

HX711は、秤量用途に価値ある24ビットの高精度アナログ-デジタルコンバータ（ADC）です。また、ブリッジセンサとのインターフェースにおいて、主に産業用途で不可欠です。HX711は、ロードセルからの信号増幅とマイクロプロセッサへの信号伝送で重要な役割を果たします。さらに、4ピンねじ端子とGrove I2Cコネクタを搭載。これらのパーツは、はんだ付けなしでマイクロコントローラとロードセルを接続するために不可欠です。したがって、HX711とArduinoライブラリを使用して、Arduino重量センサシステムを構築できます。

HX711ロードセルアンプ

出典: Flickr

HX711ピン配置

電子秤上の人の足

ADCは16ピンを持ちます。それぞれの機能を見てみましょう。

ピン番号	ピン名	ピン機能/説明
1	VSUP	2.7V〜5.5Vの電源電圧を調整するための電源ピン
2	BASE	出力のレギュレータ制御を担当するアナログ出力ピン。未使用時はNC
3	AVDD	電源ピン。ただし、アナログ用電源（2.6〜5.5V）
4	VFB	入力のレギュレータ制御に有用なアナログ入力ピン。未使用時はAGNDに接続すべき
5	AGND	グランドピン
6	VBG	ADCのアナログ出力、リファレンスバイパス出力として機能
7,8	INA-, INA+	チャネルAの負と正のアナログ入力端子
9,10	INB-, INB+	7,8と同様、チャネルBの負と正の入力チャネル
11	PD-SCK	パワーダウン制御用のデジタル入力ピンとして機能。シリアルクロック入力としても有用
12	DOUT	デジタル出力ピン。シリアルデータ出力端子として動作
13,14	XO, XI	デジタルI/O端子とデジタル入力端子。XOはクリスタルI/O、XIは外部クロック入力として機能
15	RATE	ピン14と同様にデジタル入力ピン。ただし、機能は出力データレート制御
16	DVDD	ピン3と同様に電源ピン。主にデジタル電源端子

HX711の特徴と仕様

電子秤で赤ちゃんを計測

ADCの主要な特徴と仕様は以下の通り：

1. 動作温度範囲：-40℃〜+85℃。動作電源電圧範囲：2.6V〜5.5V
2. オンチップ電源レギュレータ、発振器、パワーオンリセット、アクティブローノイズPGAを内蔵
3. 動作中に選択可能な差動入力チャネルを搭載。選択可能な出力データレート：10SPSまたは80SPS
4. 50Hzおよび60Hzの同時電源除去機能とパワーオンリセット機能を搭載
5. 通常動作時の消費電流：<1.5mA、パワーダウン時：<1μA
6. 選択可能なゲイン：32、64、128。使いやすいデジタル制御とシリアルインターフェース。事前プログラミング不要

ロードセル/重量センサとは

実験室での秤使用

ロードセルは、荷重や力を検出し電気出力に変換するコンポーネントです。ロードセルの基本用途の一つは物体の重量測定。また、時間経過に伴う重量変化の監視にも有用。さらに、物体が表面に及ぼす歪みを検出可能。重量センサの核心部分は、複数の電気抵抗を持つ金属です。力が加わると金属が動き、電気抵抗が変化。重量を取り除くと金属は元の位置に戻ります。ロードセルの品質と精度は、この材料の可逆性に依存します。したがって、ロードセルは機械的力をデジタル値に変換します。形状やサイズは、測定対象の重量によって異なります。したがって、あらゆる種類の電子秤で有用です。

HX711とロードセルプロジェクト

食品店の電子秤

HX711は市販の秤で一般的ですが、シンプルなロードセルセンサプロジェクトも多数実施可能です。例：

• Arduino HX711とロードセル秤
• スマートコーヒーテーブル
• Raspberry Piキッチン秤
• HX711とロードセルArduinoパンチングバッグ
• 5kgロードセルとHX711アンプによるArduino秤

基本的に、すべてのプロジェクトで包括的な原理は同じです。本記事では、Arduino HX711とロードセル秤、およびデジタルRaspberry Pi秤の構築に焦点を当てます。

Arduino HX711とロードセル秤

電子秤で果物を計量

この組み立てに必要な材料：

• 標準Arduino Uno / Arduino Uno Rev 3
• Grove - ADC for Load Cell (HX711)
• 5kgロードセル
• 頑丈な取り付け面
• 異なる色のワイヤ
• 電源

組み立て手順

1. まず、ロードセルを取り付けます。通常、ロードセルには4つの穴があります。また、力の方向を示すラベルが付いています。したがって、ラベルのない側を固定したい面に取り付けます。一方、ラベルのある側を可動面に取り付けます。
2. 可動プレートと取り付けプレートをできるだけしっかりと固定していることを確認してください。
3. 次に、ロードセルと取り付けプレートの間に剛性スペーサーを入れることも重要です。ワッシャーやスタンドオフを使用できます。理想的には、可動プレートに力が加わるとロードセルが曲がりねじれるようにするためです。ワッシャーがないと、負荷が固定プレートに力を及ぼしてもロードセルを押しません。
4. その後、HX711をArduinoとロードセルに接続します。前述のピンアウトが接続方法の参考になります。

回路図

5. 次に、HX711ライブラリコードをArduino IDEまたは使用中のArduinoバージョンに追加します。その後、秤を校正すれば測定に使用可能です。

デジタルRaspberry Pi秤の構築（重量センサHX711使用）

旧式電子天秤

この組み立てに必要な材料：

• グリーンHX711
• ロードセル
• ジャンパワイヤ
• ブレッドボード
• あまり曲がらない2枚の板
• ボルトと対応するナット

組み立て手順

多目的電子秤

1. まず、ロードセルを2枚の板に取り付けてからHX711重量センサに接続します。ドライバーで板に穴を開けます。また、取り付け時にナットを使ってロードセルを板から分離することに注意してください。これにより板を保護できます。
2. 次に、ナットをしっかり締めてネジが板から外れないようにします。
3. 次に、ロードセルの4本のケーブルを重量センサに接続します。しかし、グリーンHX711は6端子を備えていますが、必要なのは4つだけです。したがって、以下のように接続します：

ワイヤ	グリーンHX711端子
赤ワイヤ	E+
黒ワイヤ	E-
白ワイヤ	A+
緑ワイヤ	A-

4. 接続後、B+とB-は開放したままにします。また、センサのバージョンによってはA+とA-の代わりにS+とS-の場合があります。それらは同じことを表すと理解してください。
5. その後、センサをRaspberry Piに接続します。ここでは配線がシンプルで4接続のみです。したがって、以下のように接続します：

重量センサ	Raspberry Pi
VCC	電源電圧ピン
GND	グランド
SCK	GPIO 6
DT	GPIO 5

6. 接続完了後、Raspberry Pi重量センサソフトウェアコードを実行します。最後に、既知の重りでRaspberry Pi秤を校正すれば使用可能です。

HX711の応用例

デジタルキッチン秤

• 産業制御アプリケーションと電子秤で有用
• スマートエレベーターと自動ドアで不可欠

まとめ

ご覧の通り、HX711は電子秤の最も重要なパーツの一つです。また、上記で説明した多数の他の応用例もあります。さらに、提供した情報を使用すれば、さまざまな秤を構築可能です。必要なのはロードセル、HX711、Arduinoだけです。さらなるご質問があればお気軽にお問い合わせください。迅速に対応いたします。