AVIA HX711 稱重AD采集芯片介紹

HX711 是一款由海芯科技（AVIA）設(shè)計(jì)的高精度、低噪聲模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），廣泛應(yīng)用于各類稱重系統(tǒng)和力傳感器的數(shù)字信號(hào)處理。HX711 集成了高精度的16位ADC，專門針對(duì)壓力傳感器（如稱重傳感器）進(jìn)行優(yōu)化。它的應(yīng)用涵蓋了從家庭電子秤到工業(yè)級(jí)的自動(dòng)化設(shè)備等各類稱重測(cè)量領(lǐng)域，得到了大量電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的青睞。

本文將詳細(xì)介紹 HX711 芯片的基本參數(shù)、工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用以及如何在實(shí)際項(xiàng)目中進(jìn)行使用。

1. HX711芯片基本概述

HX711 是一款低功耗、高精度的16位A/D轉(zhuǎn)換器，專為負(fù)載傳感器（如稱重傳感器）設(shè)計(jì)。它具有兩路差分輸入通道，可以連接一個(gè)或多個(gè)橋式傳感器，能夠?qū)鞲衅鬏敵龅哪M信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，從而方便后續(xù)的微控制器處理。

HX711 內(nèi)部集成了一個(gè)低噪聲、低漂移的儀表放大器，可以直接放大來(lái)自傳感器的微弱信號(hào)。由于其精度高、響應(yīng)速度快，它通常用于需要高精度模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量的場(chǎng)合，如電子秤、自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。

2. HX711芯片的主要特點(diǎn)

HX711 芯片的主要特點(diǎn)包括：

1. 高精度和高分辨率：HX711 提供16位的分辨率，并且具有高達(dá)80dB的信號(hào)與噪聲比（SNR），這使得它非常適合精密的重量或力的測(cè)量。

2. 低功耗：HX711 的功耗非常低，適用于低功耗的便攜設(shè)備，如電池供電的電子秤。

3. 內(nèi)置增益調(diào)節(jié)：HX711 提供兩個(gè)增益選項(xiàng)（32和128倍），能夠根據(jù)需要調(diào)整放大倍數(shù)，適應(yīng)不同類型的傳感器。

4. 差分輸入：HX711 具有兩個(gè)差分輸入通道，允許同時(shí)處理來(lái)自兩個(gè)傳感器的信號(hào)，這對(duì)于多通道的應(yīng)用非常重要。

5. 低漂移和低噪聲：由于內(nèi)置了高精度的儀表放大器，HX711 能夠提供穩(wěn)定的輸出，具有較低的溫度漂移和噪聲，確保稱重過(guò)程中的數(shù)據(jù)精度。

6. 簡(jiǎn)單的接口：HX711 通過(guò)兩條引腳（SCK和DT）與微控制器進(jìn)行通信，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)。

7. 適應(yīng)性強(qiáng)：HX711 的輸入電壓范圍廣，可以從2.6V到5.5V不等，適應(yīng)多種工作環(huán)境。

3. HX711芯片的工作原理

HX711 的工作原理可以分為信號(hào)輸入、放大、采樣、轉(zhuǎn)換四個(gè)主要階段：

1. 信號(hào)輸入： HX711 通過(guò)兩個(gè)差分輸入引腳（稱為輸入通道A和B）接收來(lái)自稱重傳感器的模擬信號(hào)。由于稱重傳感器輸出的信號(hào)非常微弱，HX711 內(nèi)置的儀表放大器會(huì)對(duì)其進(jìn)行放大處理。

2. 放大過(guò)程： HX711 內(nèi)部集成了一個(gè)精密的儀表放大器，能夠?qū)⑽⑷醯妮斎胄盘?hào)放大，提供更強(qiáng)的信號(hào)供后續(xù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。放大器提供兩個(gè)增益選項(xiàng)：32倍和128倍，根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

3. 采樣和轉(zhuǎn)換： 在放大后的模擬信號(hào)基礎(chǔ)上，HX711 會(huì)通過(guò)內(nèi)部的16位ADC對(duì)其進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。該過(guò)程通過(guò)調(diào)制解調(diào)器（Sigma-Delta ADC）實(shí)現(xiàn)，能夠有效地去除噪聲并提高精度。

4. 輸出數(shù)字信號(hào)： 最后，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò) HX711 的數(shù)據(jù)引腳（DT）輸出，供微控制器或其他處理單元進(jìn)行進(jìn)一步的分析和計(jì)算。

4. HX711芯片的應(yīng)用

HX711 主要應(yīng)用于需要高精度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，特別是與負(fù)載傳感器相關(guān)的應(yīng)用。以下是幾種常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景：

4.1 電子秤

電子秤是 HX711 最常見(jiàn)的應(yīng)用之一。HX711 能夠與壓電傳感器（如稱重傳感器）連接，精確地將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供電子秤系統(tǒng)進(jìn)行重量測(cè)量。HX711 的高精度、低噪聲性能使得它在精密測(cè)量方面表現(xiàn)出色。

4.2 力傳感器

HX711 也廣泛應(yīng)用于力傳感器的測(cè)量。它能夠?qū)⑽⑷醯牧π盘?hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，適用于機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。由于 HX711 的高精度和可調(diào)增益，它能夠適應(yīng)不同強(qiáng)度的信號(hào)輸入。

4.3 工業(yè)自動(dòng)化

在工業(yè)自動(dòng)化中，HX711 可用于各種設(shè)備的稱重和力檢測(cè)系統(tǒng)，例如料倉(cāng)稱重、壓力監(jiān)測(cè)、物料計(jì)量等。它能夠精確檢測(cè)物體的質(zhì)量或力量，并通過(guò)數(shù)字輸出與其他設(shè)備進(jìn)行集成，確保自動(dòng)化系統(tǒng)的精確操作。

4.4 醫(yī)療設(shè)備

HX711 在醫(yī)療設(shè)備中也有一定的應(yīng)用，尤其是在一些要求高精度測(cè)量的儀器中，如醫(yī)療稱重設(shè)備、壓力傳感器等。HX711 的高穩(wěn)定性和低噪聲特性，使其在醫(yī)療設(shè)備中表現(xiàn)出色，能夠提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)支持。

4.5 力學(xué)實(shí)驗(yàn)

在一些物理實(shí)驗(yàn)或力學(xué)測(cè)試中，HX711 可以作為信號(hào)采集系統(tǒng)的一部分，將實(shí)驗(yàn)中得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，供進(jìn)一步分析和處理。其高精度的ADC特性能夠確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5. 如何使用HX711芯片

使用 HX711 芯片的過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要一定的硬件和編程知識(shí)。通常，HX711 會(huì)與微控制器（如 Arduino、STM32 等）配合使用。以下是一個(gè)基本的使用步驟：

5.1 硬件連接

首先，將 HX711 的引腳連接到微控制器的相應(yīng)端口。HX711 的主要引腳包括：

• VCC：電源輸入端，通常接5V。

• GND：接地端。

• DT：數(shù)據(jù)輸出端，連接到微控制器的輸入引腳。

• SCK：時(shí)鐘輸入端，連接到微控制器的輸出引腳。

• VREF：參考電壓輸入端，通常接地或通過(guò)外部參考電壓設(shè)置。

然后，連接稱重傳感器的輸出端口到 HX711 的輸入端。HX711 有兩個(gè)輸入通道（A和B），可以連接兩個(gè)傳感器，但通常只有一個(gè)通道連接到稱重傳感器。

5.2 編寫程序

使用 HX711 時(shí)，微控制器需要通過(guò)控制 SCK 引腳來(lái)向 HX711 發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)通過(guò) DT 引腳讀取數(shù)據(jù)。程序中需要設(shè)置合適的時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)讀取頻率，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的 Arduino 示例代碼：

#include "HX711.h"

HX711 scale; // 創(chuàng)建HX711對(duì)象

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // 初始化串口通信
  scale.begin(2, 3);  // 將SCK和DT引腳連接到2和3號(hào)引腳
}

void loop() {
  if (scale.is_ready()) {
    long weight = scale.get_units();  // 獲取稱重?cái)?shù)據(jù)
    Serial.println(weight);  // 輸出數(shù)據(jù)
  } else {
    Serial.println("HX711 not found.");
  }
  delay(1000);  // 每秒讀取一次數(shù)據(jù)
}

該代碼通過(guò) Arduino 控制 HX711，將稱重?cái)?shù)據(jù)輸出到串口監(jiān)視器，便于調(diào)試和顯示。

5.3 校準(zhǔn)

為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，HX711 需要進(jìn)行校準(zhǔn)。通常，通過(guò)已知質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)物體進(jìn)行稱重，將輸出的數(shù)字信號(hào)與實(shí)際重量進(jìn)行比對(duì)，并計(jì)算出一個(gè)校準(zhǔn)因子。此后，使用該因子對(duì)后續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而得到準(zhǔn)確的重量值。

6. 總結(jié)

HX711 是一款高精度、低功耗、功能強(qiáng)大的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，專為稱重傳感器設(shè)計(jì)。它能夠提供穩(wěn)定、精確的數(shù)字輸出，適用于各種精密測(cè)量應(yīng)用，如電子秤、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備等。