HX711: Полное Руководство — Распиновка, Подключение Тензодатчиков и Проекты на Arduino / Raspberry Pi

HX711 — специализированный 24-битный АЦП (ADC) для тензометрических датчиков (load cells). Низкий шум, программируемое усиление (32/64/128), два дифференциальных входа, последовательный интерфейс (2 провода), ультранизкое потребление. Основа всех электронных весов: кухонных, торговых, промышленных, медицинских. Разберем пины, схемы подключения и два готовых проекта: весы на Arduino и на Raspberry Pi.

Что такое HX711?

24-битный сигма-дельта АЦП с встроенным низкошумным PGA (Programmable Gain Amplifier). Назначение: усилить микровольтовый сигнал от мостовой схемы тензодатчика (обычно 1–2 мВ/В) и передать цифровое значение микроконтроллеру. Интерфейс: 2-проводной синхронный (PD_SCK — такт, DOUT — данные). Не требует программирования регистров — управление тактовыми импульсами.

Распиновка HX711 (16 пинов, корпус SOP-16 / DIP-16 модуль)

Пин	Имя	Функция
1	VSUP	Питание стабилизатора (2.7–5.5 В) — опционально
2	BASE	Выход стабилизатора (управление внешним транзистором) — обычно NC
3	AVDD	Аналоговое питание (2.6–5.5 В) — основное питание чипа
4	VFB	Обратная связь стабилизатора — к AGND если не используется
5	AGND	Аналоговая земля
6	VBG	Опорное напряжение (bandgap) — байпас конденсатором 0.1 мкФ
7	INA-	Канал A: отрицательный дифф. вход
8	INA+	Канал A: положительный дифф. вход
9	INB-	Канал B: отрицательный дифф. вход
10	INB+	Канал B: положительный дифф. вход
11	PD_SCK	Цифровой вход: такт / Power-Down (HIGH > 60 мкс = sleep)
12	DOUT	Цифровой выход: последовательные данные (MSB first)
13	XO	Кварц выход / Цифровой I/O (обычно NC, используется внутренний осциллятор)
14	XI	Кварц вход / Внешний такт (обычно NC)
15	RATE	Скорость выхода: LOW = 10 SPS, HIGH = 80 SPS
16	DVDD	Цифровое питание (2.6–5.5 В) — соединить с AVDD

На модулях (красная/зеленая плата): выведены только VCC (AVDD/DVDD), GND (AGND), INA+/INA-, INB+/INB-, PD_SCK, DOUT. Остальные — внутри.

Характеристики

• Разрядность: 24 бит (эффективное разрешение ~18–20 бит без шума).
• Усиление PGA: 128 (канал A, ±20 мВ), 64 (канал A, ±40 мВ), 32 (канал B, ±80 мВ).
• Частота выдачи: 10 SPS (RATE=0) или 80 SPS (RATE=1).
• Подавление 50/60 Гц: одновременное (common-mode rejection).
• Потребление: <1.5 мА (активный), <1 мкА (Power-Down).
• Питание: 2.6–5.5 В (обычно 3.3 В или 5 В).
• Температура: -40…+85 °C.
• Интерфейс: 2-проводной синхронный (PD_SCK, DOUT), совместим с любым MCU.

Что такое тензодатчик (Load Cell)?

Преобразователь силы/веса в электрический сигнал. Основа — металлический эластичный элемент (алюминий/сталь) с наклеенными тензорезисторами (стренг-гейджами) в мостовой схеме Уитстона (4 провода: E+, E-, S+, S-). Под нагрузкой металл деформируется → меняется сопротивление тензорезисторов → дисбаланс моста → дифференциальное напряжение на S+/S- (мВ). HX711 усиливает и оцифровывает это.

Проект 1: Весы на Arduino + HX711 + 5 кг тензодатчик

Компоненты

• Arduino Uno / Nano.
• Модуль HX711 (красный или зеленый).
• Тензодатчик 5 кг (4-проводной).
• Жесткая база + подвижная платформа + стойки/шайбы (критично!).
• Питание (USB или 5В).

Монтаж тензодатчика (важно!)

1. Тензодатчик имеет стрелку направления силы. Закрепите сторону без стрелки на неподвижную базу.
2. Сторону со стрелкой — на подвижную платформу (весовую панель).
3. Между тензодатчиком и платами — жесткие распорки (шайбы, втулки). Без них нагрузка уйдет в базу, минуя тензодатчик — показания будут нулевыми.
4. Затяните болты крепко, но не перегибайте корпус датчика.

Подключение HX711 к Arduino

HX711	Arduino	Провод тензодатчика
VCC	5V (или 3.3V)	—
GND	GND	—
DT (DOUT)	D3 (любой цифровой)	—
SCK (PD_SCK)	D2 (любой цифровой)	—
E+	—	Красный (питание моста +)
E-	—	Черный (питание моста -)
A+	—	Белый (сигнал +)
A-	—	Зеленый (сигнал -)

Канал B (B+/B-) оставляем свободным. RATE — на GND (10 SPS) или VCC (80 SPS).

Библиотека и код

Установите библиотеку «HX711» (автор Bogdan Necula / Andreas Motl) через Менеджер библиотек Arduino IDE.

#include "HX711.h"
const int DT_PIN = 3;
const int SCK_PIN = 2;
HX711 scale;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  scale.begin(DT_PIN, SCK_PIN);
  scale.set_scale(); // калибровка ниже
  scale.tare();      // обнуление
  Serial.println("Готово. Положите известный вес для калибровки.");
}

void loop() {
  if (scale.is_ready()) {
    float weight = scale.get_units(10); // усреднение 10 замеров
    Serial.print("Вес: "); Serial.print(weight); Serial.println(" г");
  }
  delay(200);
}

Калибровка

1. Запустите скетч, дождитесь «Готово».
2. Положите известный вес (например, 100 г).
3. В мониторе порта увидите «сырое» значение (или вызовите scale.get_value()).
4. Вычислите scale_factor = (сырое_значение_с_весом - сырое_значение_пусто) / известный_вес_в_граммах.
5. В коде: scale.set_scale(scale_factor); — перезагрузите.
6. Проверьте разными весами. Тара (tare()) сбрасывает нуль.

Проект 2: Цифровые весы на Raspberry Pi + HX711

Компоненты

• Raspberry Pi (любой с 40-пиновым GPIO: 3B/3B+/4/Zero W).
• HX711 (зеленый модуль с 6 핀ми: E+, E-, A+, A-, B+, B-).
• Тензодатчик, две пластины, болты/гайки, макетка/провода.

Подключение тензодатчика к зеленому HX711

Провод датчика	HX711 Terminal
Red (E+)	E+
Black (E-)	E-
White (S+)	A+
Green (S-)	A-

B+/B- — не подключены. Если на модуле S+/S- вместо A+/A- — то же самое.

Подключение HX711 к Raspberry Pi GPIO

HX711	Raspberry Pi (BCM)
VCC	3.3V (Pin 1 или 17)
GND	GND (Pin 6, 9, 14, 20, 25, 30, 34, 39)
SCK	GPIO 6 (Pin 31)
DT	GPIO 5 (Pin 29)

ПО (Python)

1. Включите SPI/I2C в raspi-config (Interface Options) — для других датчиков, но полезно.
2. Установите библиотеку: pip3 install hx711 (или клонируйте https://github.com/gandalf15/HX711).
3. Скрипт калибровки/измерения (пример):

#!/usr/bin/env python3
import time
import sys
sys.path.append('/home/pi/HX711') # если клонировали вручную
from hx711 import HX711

hx = HX711(dout_pin=5, pd_sck_pin=6)
hx.set_reading_format("MSB", "MSB")
hx.set_reference_unit(1) # временно
hx.reset()
hx.tare()
print("Калибровка: положите известный вес и нажмите Enter")
input()
val = hx.get_weight(10)
known = float(input("Введите вес в граммах: "))
ref = val / known
print(f"Reference unit: {ref}")
hx.set_reference_unit(ref)
hx.tare()
print("Готово. Измерения каждые 2 сек (Ctrl+C для выхода):")
try:
    while True:
        w = hx.get_weight(5)
        print(f"Вес: {w:.1f} г")
        hx.power_down()
        hx.power_up()
        time.sleep(2)
except KeyboardInterrupt:
    print("Выход")

Применения HX711

• Электронные весы (кухонные, торговые, лабораторные, промышленные).
• Умные весы (IoT, BLE/Wi-Fi, логирование веса).
• Контроль уровня сыпучих материалов (баки, силосы).
• Силовые измерения: нажим, разрыв, тяга (стенды).
• Умные лифты / двери (детекция перегрузки).
• DIY: боксерская груша с измерением силы удара, умный кофейный стол (вес чашки), Raspberry Pi кухонные весы.

Заключение

HX711 + тензодатчик — стандарт де-факто для измерения веса/силы в DIY и проме. Ключ к точности: механический монтаж (жесткие распорки, правильное направление силы), стабильное питание (3.3В от LDO, не от Arduino 5V через USB), калибровка известными весами, усреднение замеров. Библиотеки для Arduino/Python/ESP делают интеграцию тривиальной. Есть вопросы по фильтрации шумов, температурной дрейфу, многоточечной калибровке — пишите.