HX711 24-Bit ADC Komplettanleitung für Lastzellen und Wäge Systeme

Der HX711 ist ein 24-Bit Analog-Digital-Wandler, der für Lastzellen und elektronische Wäge Systeme entwickelt wurde. Er wird häufig verwendet, wenn ein Mikrocontroller sehr kleine Signale von einem Dehnungsmessstreifen oder einer Wheatstone-Brücken-Lastzelle lesen muss. Da Lastzellen winzige Spannungsschwankungen erzeugen, wenn Gewicht oder Kraft angewendet werden, muss das Signal verstärkt und in digitale Daten umgewandelt werden, bevor es verwendet werden kann. Der HX711 löst dieses Problem, indem er einen rauscharmen programmierbaren Verstärker, einen hochauflösenden ADC, einen Spannungsregler und eine einfache digitale Zwei-Draht-Schnittstelle in einem kompakten IC kombiniert.

Katalog

HX711 Pinbelegung Details

Pin Nr.	Pin Name	Beschreibung
1	VSUP	Versorgungsspannungs-Eingang für den internen Regler.
2	BASE	Regler Steuer-Ausgang, der verwendet wird, um einen externen Transistor für die Spannungsregelung zu betreiben.
3	AVDD	Analoger Versorgungsspannungs-Ausgang für die HX711 Analogschaltungen und Lastzellenanregung.
4	VFB	Regler Rückkopplungseingang zur Steuerung des internen Spannungsreglers.
5	AGND	Analoge Erdungsreferenz.
6	VBG	Bandgap Referenz-Bypass-Pin zur Stabilisierung der Referenzspannung.
7	INNA	Kanal A negativer differentieller Eingang.
8	INPA	Kanal A positiver differentieller Eingang.
9	INNB	Kanal B negativer differentieller Eingang.
10	INPB	Kanal B positiver differentieller Eingang.
11	PD_SCK	Power-Down- und serieller Taktsignal-Eingang. Steuert die Daten-Auslesefunktionen und den Power-Down.
12	DOUT	Serieller Daten Ausgang. Zeigt die Bereitstellung zur Umwandlung an und gibt ADC-Daten aus.
13	XO	Quarz Oszillator-Ausgang oder Anbindung an die externe Uhr.
14	XI	Quarz Oszillator-Eingang oder externer Takt-Eingang.
15	RATE	Auswahl-Eingang der Datenrate. Niedrig = 10 SPS, Hoch = 80 SPS.
16	DVDD	Digitale Energieversorgung für die digitale Schnittstellenschaltung.

HX711 Funktionen und Spezifikationen

Kategorie	Spezifikation
Gerätetyp	24-Bit Analog-Digital-Wandler (ADC) für Lastzellen- und Wägeanwendungen
Eingangsanschlüsse	Zwei auswählbare differentielle Eingangsanschlüsse (Kanal A und Kanal B)
Programmierbarer Verstärker (PGA)	Integrierter rauscharmen PGA mit wählbaren Verstärkungen von 32, 64 und 128
Kanal A Verstärkung Optionen	64 oder 128
Kanal B Verstärkung Option	32
Spannungs Regler	On-Chip-Versorgung regulator für die Anregung von Lastzellen und analoger Schaltung
Oszillator	Eingebauter Oszillator; optionaler externer Kristall oder Taktquelle unterstützt
Power-On-Reset	Integrierte automatische Power-On-Reset-Funktion
Digitale Schnittstelle	Einfache zweiadrige serielle Schnittstelle unter Verwendung der DOUT- und PD_SCK-Pins
Steuerungsmethode	Pin-gesteuerte Steuerung; keine internen Register oder Programmierung erforderlich
Ausgabedatenrate	Wählbare 10 SPS oder 80 SPS
Geräuschunterdrückung	Gleichzeitige 50 Hz und 60 Hz Netzgeräuschunterdrückung
Auflösung	24-Bit
Stromaufnahme (Normalmodus)	< 1.5 mA (including on-chip regulator)
Stromaufnahme (Energiesparmodus)	< 1 µA
Betriebsspannung	2,6 V bis 5,5 V
Betriebstemperaturbereich	-40°C bis +85°C
Energiesparfunktion	Unterstützt durch PD_SCK-Steuerung
Externe Taktunterstützung	Ja
Interner Oszillator	Ja
Gehäusetyp	16-poliges SOP-16 (SOP-16L) Gehäuse
Typische Sensorschnittstelle	Wheatstone Brückenlastzellen und Dehnungsmessstreifen

HX711 Interne Architektur

Wie man HX711 nutzt

Das Schaltbild unten zeigt ein typisches Wiegessystem, das eine Lastzelle und den HX711 24-Bit-ADC verwendet. Die Lastzelle erzeugt eine sehr kleine differentielle Spannung, wenn Gewicht aufgebracht wird. Dieses Signal ist für die meisten Mikrokontroller zu schwach, um es direkt zu messen, sodass der HX711 es verstärkt und in digitale Daten umwandelt. Die Lastzelle ist über die INA+ und INA− Eingänge (Kanal A) mit dem HX711 verbunden, während der AVDD-Pin die Erregerspannung bereitstellt, die zur Stromversorgung des Lastzellen-Brückenschaltkreises erforderlich ist.

Im Inneren des HX711 passiert das Eingangssignal zuerst einen Eingangsmultiplexer und einen programmierbaren Verstärker (PGA). Der PGA kann das Signal der Lastzelle mit wählbaren Verstärkungen von 32, 64 oder 128 verstärken, was es ermöglicht, sehr kleine Spannungsänderungen genau zu messen. Nach der Verstärkung wandelt der 24-Bit-Sigma-Delta-ADC das analoge Signal in einen hochauflösenden digitalen Wert um, der das aufgebrachte Gewicht darstellt.

Der HX711 enthält einen internen Spannungsregler, einen Bandgap-Referenzwert, einen Oszillator und eine digitale Schnittstelle, wodurch die Anzahl der erforderlichen externen Komponenten reduziert wird. Der Regler liefert eine stabile Spannung sowohl an den HX711 als auch an die Lastzelle, während der interne Oszillator den Umwandlungsprozess steuert. Der RATE-Pin ermöglicht die Auswahl zwischen 10 Abtastungen pro Sekunde für eine höhere Geräuschunterdrückung oder 80 Abtastungen pro Sekunde für schnellere Messungen.

Die Kommunikation mit einem Mikrokontroller erfolgt über die DOUT- und PD_SCK-Pins. Wenn eine Umwandlung abgeschlossen ist, wird DOUT nieder und zeigt an, dass neue Daten verfügbar sind. Der Mikrokontroller sendet dann Taktsignale über PD_SCK, um das 24-Bit-Umwandlungsergebnis auszulesen. Der digitale Wert kann softwareseitig kalibriert und in Gewichtseinheiten wie Gramm, Kilogramm oder Pfund umgewandelt werden. Diese einfache Schnittstelle macht den HX711 weit verbreitet in Elektronischen Waagen, industriellen Wiegelsystemen, Gerät zur Kräftermessung und IoT-basierten Gewichtüberwachungsanwendungen.

PCB-Board des HX711

Anwendungen des HX711

Elektronische Waagen

HX711 wird häufig in digitalen Waagen für Haushalte, Einzelhandelsgeschäfte, Labore und industrielle Umgebungen verwendet. Sein hochauflösender 24-Bit-ADC wandelt die kleinen Ausgangssignale von Lastzellen präzise in digitale Gewichtsmessungen um.

Industrielle Wiegelsysteme

Industrielle Wägegeräte verwenden HX711 zur Messung des Gewichts von Rohstoffen, Produkten und verpackten Waren. Seine hohe Empfindlichkeit und integrierte Geräuschunterdrückung helfen, genaue Messwerte in elektrisch lauten Fabrikumgebungen aufrechtzuerhalten.

Kraftmesssysteme

HX711 kann mit Dehnungsmessstreifen und Kraftsensoren kombiniert werden, um Druck, Zug und aufgebrachte Kraft zu messen. Diese Systeme werden häufig in Materialprüfgeräten, mechanischen Prüfmaschinen und Forschungslabors eingesetzt.

Tank- und Behälterwiegung

Lagertanks, Silos und Trichter verwenden häufig Lastzellen, die mit einem HX711 verbunden sind, um die Menge an Material im Inneren zu überwachen. Dies ermöglicht eine genaue Bestandsverfolgung für Flüssigkeiten, Pulver, Getreide und andere Schüttgüter.

Intelligente IoT-Gewichtüberwachung

Viele IoT-basierte Überwachungssysteme verwenden HX711 mit Mikrokontrollern wie Arduino, ESP32 und Raspberry Pi. Die gemessenen Gewichtsdaten können an Cloud-Plattformen zur Fernüberwachung, Protokollierung und Automatisierung übertragen werden.

Medizinische und Gesundheitsgeräte

Medizinische Waagen, Patientenüberwachungssysteme und Rehabilitationsgeräte verwenden HX711, um präzise Gewicht- und Kraftmessungen bereitzustellen. Der niedrige Energieverbrauch macht ihn geeignet für tragbare Gesundheitsgeräte.

Agrarische W weightsysteme

Agrarische Anwendungen nutzen HX711 in Viehwaagen, Futterüberwachungssystemen und Erntewaagen. Präzise Gewichtsmessungen helfen, das Bestandsmanagement und die Produktionseffizienz zu verbessern.

Automatisierte Verpackungs- und Füllmaschinen

Verpackungsmaschinen verwenden HX711-basierte Lastzellensysteme, um das Produktgewicht während der Füllvorgänge zu messen. Dies hilft, konsistente Produktmengen sicherzustellen und Materialabfall zu reduzieren.

Labor- und Forschungsinstrumente

Laborwaagen und experimentelle Messsysteme verwenden HX711, um kleine Gewicht- und Kraftänderungen mit hoher Präzision zu erkennen. Das Gerät ist besonders nützlich in kostengünstigen wissenschaftlichen Messprojekten.

Robotik und intelligente Geräte

Robotersysteme können HX711 und Lastzellen verwenden, um Kraftfeedback, Objekterkennung und Greifkraftüberwachung bereitzustellen. Dies ermöglicht Robotern, während Handling- und Montagetätigkeiten genauer mit Objekten zu interagieren.

HX711 vs ADS1232 vs NAU7802

Eigenschaften	HX711	ADS1232	NAU7802
Hersteller	Avia Semiconductor	Texas Instruments	Nuvoton Technology
Gerätetyp	24-Bit Lastzellen-ADC	24-Bit Präzisions-ADC	24-Bit Lastzellen-ADC
ADC-Architektur	Sigma-Delta-ADC	Sigma-Delta-ADC	Sigma-Delta-ADC
Auflösung	24-Bit	24-Bit	24-Bit
Eingangskanäle	2 Differentielle Kanäle	1 Differentieller Kanal	2 Differentielle Kanäle
Programmierbare Verstärkung	32, 64, 128	1, 2, 64, 128	1 bis 128
Typische Schnittstelle	DOUT + PD_SCK (2-Draht)	SPI-ähnliche Schnittstelle	I²C
Datenausgabemethode	Serielle Datenübertragung	Digitale serielle Schnittstelle	I²C Registerzugriff
Datenraten	10 SPS, 80 SPS	10 SPS, 80 SPS	10, 20, 40, 80, 320 SPS
Interner Oszillator	Ja	Ja	Ja
Unterstützung für externen Takt	Ja	Ja	Nein
Integrierter PGA	Ja	Ja	Ja
Integrierter Spannungsregler	Ja	Nein	Ja
Temperatursensor	Nein	Nein	Ja
Interne Kalibrierung	Basis	Fortgeschritten	Fortgeschritten
Offset-Kalibrierung	Eingeschränkt	Ja	Ja
Verstärkungs-Kalibrierung	Eingeschränkt	Ja	Ja
Stromversorgungsbereich	2.6V – 5.5V	2.7V – 5.3V	2.7V – 5.5V
Typischer Stromverbrauch	<1.5 mA	~1.1 mA	~0.7 mA
Stromverbrauch im Standby	<1 µA	<1 µA	<1 µA
Geräuschunterdrückung	50/60 Hz	50/60 Hz	50/60 Hz
Interne Register	Nein	Eingeschränkt	Ausführliches Register-Set
Mikrocontroller-Integration	Sehr einfach	Mäßig	Einfach
Arduino-Bibliotheksunterstützung	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet
Raspberry Pi Unterstützung	Gut	Gut	Ausgezeichnet
ESP32 Unterstützung	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet
Erforderliche externe Komponenten	Sehr wenige	Mäßig	Wenige
Messgenauigkeit	Gut	Sehr hoch	Sehr hoch
Industrielle Präzision	Mittel	Hoch	Hoch
Kosten	Niedrigste	Höchste	Mittel
Typische Modulverfügbarkeit	Sehr verbreitet	Weniger verbreitet	Gepflegt
Beste Anwendung	Hobbywaagen und kostengünstige Projekte	Industrielle Waagen und Präzisionsinstrumente	Intelligente Waagen, IoT-Geräte und fortgeschrittene W weightsysteme

HX711 Mechanische Abmessungen

Hersteller

Der HX711 wird von Avia Semiconductor hergestellt, einem Unternehmen, das sich auf präzise analoge und gemischte Signal- integrierte Schaltungen für Sensor- und Messanwendungen spezialisiert hat. Das Unternehmen verfügt über starke Fähigkeiten im Design und in der Herstellung von hochauflösenden Sigma-Delta-ADCs, rauscharmen programmierbaren Verstärkern und Energieverwaltungsschaltungen, die in kompakte Halbleitergeräte integriert sind. Der HX711 kombiniert einen 24-Bit-ADC, PGA, Spannungsregler, Oszillator und digitale Schnittstelle in einem einzigen Chip, was das Fachwissen von Avia Semiconductor im Bereich der rauscharmen analogen Entwicklung und der kosteneffizienten Massenproduktion demonstriert.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Warum verwendet der HX711 einen 24-Bit-ADC, wenn viele Mikrocontroller bereits integrierte ADCS haben?

Die meisten Mikrocontroller-ADCs bieten eine Auflösung von 10 bis 12 Bit, die nicht empfindlich genug ist, um die winzigen Millivolt-Signale zu messen, die von Wägezellen erzeugt werden. Der 24-Bit-ADC des HX711 liefert eine viel höhere Auflösung, was präzise Gewicht- und Kraftmessungen ermöglicht.

2. Wie verbessert der programmierbare Verstärker (PGA) die Messgenauigkeit des HX711?

Der PGA verstärkt das sehr schwache Ausgangssignal einer Wägezelle vor der Umwandlung. Dies erhöht das Signalniveau im Verhältnis zum elektrischen Rauschen, wodurch der ADC genauere und stabilere Ablesungen produziert.

3. Welche Faktoren können instabile oder schwankende Gewichtmessungen des HX711 verursachen?

Zu den häufigsten Ursachen gehören elektrisches Rauschen, schlechte Erdung, lose Verkabelung, instabile Stromversorgungen, mechanische Vibrationen, Temperaturänderungen und eine unsachgemäße Installation der Wägezelle.

4. Kann der HX711 für andere Messungen als das Wägen verwendet werden?

Ja. Der HX711 kann mit Dehnungsmessstreifen, Kraftsensoren, Drucksensoren und anderen auf der Wheatstone-Brücke basierenden Wandlern arbeiten, die niederpegelige Differenzspannungssignale erzeugen.

5. Warum bietet der HX711 zwei Eingangs- kanäle, und wann sollte jeder verwendet werden?

Kanal A unterstützt Verstärkereinstellungen von 64 und 128 für hochempfindliche Messungen, während Kanal B einen Verstärkungsfaktor von 32 für größere Eingangssignale verwendet. Dies ermöglicht es dem HX711, verschiedene Sensorlayouts und Signalbereiche zu unterstützen.