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AVIA(海芯科技)HX711稱重AD采集芯片介紹

來源:
2024-12-11
類別:基礎知識
eye 24
文章創建人 拍明芯城

AVIA HX711 稱重AD采集芯片介紹

HX711 是一款由海芯科技(AVIA)設計的高精度、低噪聲模擬到數字轉換器(ADC),廣泛應用于各類稱重系統和力傳感器的數字信號處理。HX711 集成了高精度的16位ADC,專門針對壓力傳感器(如稱重傳感器)進行優化。它的應用涵蓋了從家庭電子秤到工業級的自動化設備等各類稱重測量領域,得到了大量電子產品設計者的青睞。

本文將詳細介紹 HX711 芯片的基本參數、工作原理、特點、應用以及如何在實際項目中進行使用。

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1. HX711芯片基本概述

HX711 是一款低功耗、高精度的16位A/D轉換器,專為負載傳感器(如稱重傳感器)設計。它具有兩路差分輸入通道,可以連接一個或多個橋式傳感器,能夠將傳感器輸出的模擬信號轉化為數字信號,從而方便后續的微控制器處理。

HX711 內部集成了一個低噪聲、低漂移的儀表放大器,可以直接放大來自傳感器的微弱信號。由于其精度高、響應速度快,它通常用于需要高精度模擬量轉數字量的場合,如電子秤、自動化設備、醫療器械等領域。

2. HX711芯片的主要特點

HX711 芯片的主要特點包括:

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

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

  3. 內置增益調節:HX711 提供兩個增益選項(32和128倍),能夠根據需要調整放大倍數,適應不同類型的傳感器。

  4. 差分輸入:HX711 具有兩個差分輸入通道,允許同時處理來自兩個傳感器的信號,這對于多通道的應用非常重要。

  5. 低漂移和低噪聲:由于內置了高精度的儀表放大器,HX711 能夠提供穩定的輸出,具有較低的溫度漂移和噪聲,確保稱重過程中的數據精度。

  6. 簡單的接口:HX711 通過兩條引腳(SCK和DT)與微控制器進行通信,簡化了硬件設計。

  7. 適應性強:HX711 的輸入電壓范圍廣,可以從2.6V到5.5V不等,適應多種工作環境。

3. HX711芯片的工作原理

HX711 的工作原理可以分為信號輸入、放大、采樣、轉換四個主要階段:

  1. 信號輸入: HX711 通過兩個差分輸入引腳(稱為輸入通道A和B)接收來自稱重傳感器的模擬信號。由于稱重傳感器輸出的信號非常微弱,HX711 內置的儀表放大器會對其進行放大處理。

  2. 放大過程: HX711 內部集成了一個精密的儀表放大器,能夠將微弱的輸入信號放大,提供更強的信號供后續的模數轉換。放大器提供兩個增益選項:32倍和128倍,根據不同的應用需求進行選擇。

  3. 采樣和轉換: 在放大后的模擬信號基礎上,HX711 會通過內部的16位ADC對其進行采樣并轉換為數字信號。該過程通過調制解調器(Sigma-Delta ADC)實現,能夠有效地去除噪聲并提高精度。

  4. 輸出數字信號: 最后,轉換后的數字信號通過 HX711 的數據引腳(DT)輸出,供微控制器或其他處理單元進行進一步的分析和計算。

4. HX711芯片的應用

HX711 主要應用于需要高精度模擬信號轉換的場合,特別是與負載傳感器相關的應用。以下是幾種常見的應用場景:

4.1 電子秤

電子秤是 HX711 最常見的應用之一。HX711 能夠與壓電傳感器(如稱重傳感器)連接,精確地將壓力信號轉換為數字信號,供電子秤系統進行重量測量。HX711 的高精度、低噪聲性能使得它在精密測量方面表現出色。

4.2 力傳感器

HX711 也廣泛應用于力傳感器的測量。它能夠將微弱的力信號轉換為數字信號,適用于機器人、自動化生產線等領域。由于 HX711 的高精度和可調增益,它能夠適應不同強度的信號輸入。

4.3 工業自動化

在工業自動化中,HX711 可用于各種設備的稱重和力檢測系統,例如料倉稱重、壓力監測、物料計量等。它能夠精確檢測物體的質量或力量,并通過數字輸出與其他設備進行集成,確保自動化系統的精確操作。

4.4 醫療設備

HX711 在醫療設備中也有一定的應用,尤其是在一些要求高精度測量的儀器中,如醫療稱重設備、壓力傳感器等。HX711 的高穩定性和低噪聲特性,使其在醫療設備中表現出色,能夠提供準確可靠的數據支持。

4.5 力學實驗

在一些物理實驗或力學測試中,HX711 可以作為信號采集系統的一部分,將實驗中得到的模擬信號轉換為數字數據,供進一步分析和處理。其高精度的ADC特性能夠確保實驗結果的準確性。

5. 如何使用HX711芯片

使用 HX711 芯片的過程相對簡單,但需要一定的硬件和編程知識。通常,HX711 會與微控制器(如 Arduino、STM32 等)配合使用。以下是一個基本的使用步驟:

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:數據輸出端,連接到微控制器的輸入引腳。

  • SCK:時鐘輸入端,連接到微控制器的輸出引腳。

  • VREF:參考電壓輸入端,通常接地或通過外部參考電壓設置。

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

5.2 編寫程序

使用 HX711 時,微控制器需要通過控制 SCK 引腳來向 HX711 發送時鐘信號,同時通過 DT 引腳讀取數據。程序中需要設置合適的時鐘頻率和數據讀取頻率,并進行相應的數據處理。以下是一個簡單的 Arduino 示例代碼:

#include "HX711.h"

HX711 scale; // 創建HX711對象

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號引腳
}

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

該代碼通過 Arduino 控制 HX711,將稱重數據輸出到串口監視器,便于調試和顯示。

5.3 校準

為了確保測量結果的準確性,HX711 需要進行校準。通常,通過已知質量的標準物體進行稱重,將輸出的數字信號與實際重量進行比對,并計算出一個校準因子。此后,使用該因子對后續測量數據進行轉換,從而得到準確的重量值。

6. 總結

HX711 是一款高精度、低功耗、功能強大的模擬到數字轉換器,專為稱重傳感器設計。它能夠提供穩定、精確的數字輸出,適用于各種精密測量應用,如電子秤、工業自動化、醫療設備等。


責任編輯:David

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