Chaîne de pesée (HX711)¶

Le sous-paquetage Peripherals.Weighing modélise la chaîne de mesure d'une balance électronique, de la masse posée au nombre lu par le programme. Ses trois composants sont écrits en Modelica pur (ni C, ni Python) : un élève peut les ouvrir et lire leurs équations.

flowchart LR
    M["masse"] --> F["poids<br/>(Force)"] --> L["LoadCell"] --> B["WheatstoneBridge"] --> H["Hx711"] --> MCU["MCU"]

Maillon	Composant	Entrée → sortie	Avec les valeurs par défaut
Poids	`Modelica.Mechanics.Translational.Sources.Force` (bibliothèque standard), précédée d'un gain `g_n`	masse → force	1 kg → 9,81 N
Corps d'épreuve	`Weighing.LoadCell`	force → déformation `eps`	5 kg → 500 µm/m
Pont de jauges	`Weighing.WheatstoneBridge`	`eps` → tension `S+ − S−`	500 µm/m → 1 mV/V
Convertisseur	`Weighing.Hx711`	`A+ − A−` → code 24 bits	1 kg à gain 128 → 429 497

`Weighing.LoadCell` : le corps d'épreuve¶

Un ressort sans masse, appuyé sur un point fixe : la force appliquée sur sa bride le déforme, et la déformation au droit des jauges suit la force instantanément (eps = epsNom · F / FNom). Il n'oscille pas quand on pose un poids, ce qui est légitime tant que la charge varie lentement. L'icône rougit en surcharge (plus de 150 % de la portée).

Connecteur	Rôle
`flange`	Bride mécanique de translation : point d'application de la charge (plateau). Une force positive déforme le corps d'épreuve
`eps`	Sortie : déformation au droit des jauges, vers le pont

Paramètre	Défaut	Rôle
`capacity`	5 kg	Portée : masse qui produit la déformation nominale
`FNom`	`capacity · g_n`	Force nominale (poids de la portée)
`epsNom`	500·10⁻⁶	Déformation sous la force nominale ; avec un facteur de jauge de 2, elle donne 1 mV/V en sortie de pont
`sNom`	0,2 mm	Flèche du corps d'épreuve sous la force nominale

`Weighing.WheatstoneBridge` : le pont de jauges¶

Un pont complet de quatre jauges, deux étirées et deux comprimées en diagonale : R = R0 · (1 ± K · eps). Sa sortie vaut E · K · eps, proportionnelle à la tension d'excitation E. Son schéma interne (onglet Diagramme) montre les quatre jauges.

Connecteur	Rôle
`E_plus`, `E_minus`	Alimentation (excitation) du pont, depuis `E+` et `E−` du HX711
`S_plus`, `S_minus`	Sortie du pont, vers `A+` et `A−` du HX711
`eps`	Entrée : déformation, depuis le corps d'épreuve

Paramètre	Défaut	Rôle
`R0`	1 kΩ	Résistance d'une jauge au repos
`K`	2	Facteur de jauge : variation relative de résistance par unité de déformation

`Weighing.Hx711` : le convertisseur¶

Le HX711 alimente le pont, amplifie sa tension et la convertit sur 24 bits. La conversion est ratiométrique : le code ne dépend pas de la tension d'alimentation.

code = round( (A+ − A−) / (E+ − E−) × gain × 2^24 ),  borné à [−2^23, 2^23 − 1]

La liaison avec le microcontrôleur suit la fiche technique : DOUT descend quand une donnée est prête ; chaque front montant de PD_SCK en sort un bit, poids fort en tête ; 25, 26 ou 27 impulsions choisissent le gain de la conversion suivante (128, 32 ou 64) ; PD_SCK maintenue haute plus de 60 µs met le circuit en veille, qu'il quitte en repartant à gain 128.

Lecture d'une donnée du HX711

L'icône affiche le gain et le dernier code, un voyant cyan quand une donnée attend d'être lue, un voyant ambre en veille.

Connecteur	Rôle
`PD_SCK`	Horloge série et commande de veille (broche SCK du module), pilotée par le microcontrôleur
`DOUT`	Données série (broche DT du module), lue par le microcontrôleur
`E_plus`, `E_minus`	Excitation du pont ; `E_minus` est reliée à la masse du module
`A_plus`, `A_minus`	Entrée différentielle du canal A, depuis la sortie du pont
`GND`	Masse, à relier à celle du microcontrôleur

Paramètre	Défaut	Groupe	Rôle
`rate`	10 Hz	Conversion	Cadence de conversion : 10 ou 80 mesures par seconde (broche RATE du circuit)
`AVDD`	4,3 V	Conversion	Tension d'excitation du pont (module alimenté en 5 V)
`noiseLsb`	0	Conversion	Bruit de conversion, écart-type en LSB. 0 : mesure parfaite et reproductible
`seed`	711	Conversion	Graine du bruit : même graine, même suite de mesures
`tPowerDown`	60 µs	Timing	Durée à l'état haut de `PD_SCK` qui met le circuit en veille
`tUpdate`	10 µs	Timing	Durée pendant laquelle `DOUT` remonte avant chaque nouvelle donnée, quand la précédente n'a pas été lue
`settlingConversions`	4	Timing	Conversions écartées après la mise sous tension ou la sortie de veille (400 ms à 10 mesures par seconde)
`VOH`, `VOL`	3,3 V, 0 V	Electrical	Niveaux de `DOUT`
`VIH`, `VIL`	2,0 V, 0,8 V	Electrical	Seuils de lecture de `PD_SCK`
`ROut`	100 Ω	Electrical	Résistance série de la sortie `DOUT`

Grandeurs à tracer (pour un HX711 nommé hx) : hx.code (dernier résultat), hx.gain, hx.pulses, hx.ready, hx.poweredDown, et les tensions hx.PD_SCK.v, hx.DOUT.v.

Lire le HX711 depuis le programme¶

Le driver MicroPython hx711_gpio.py de Robert Hammelrath, fourni dans Resources/Scripts/MCU/, s'utilise tel quel, comme sur la carte :

from machine import Pin
from hx711_gpio import HX711

hx = HX711(Pin(6, Pin.OUT), Pin(7, Pin.IN, pull=Pin.PULL_DOWN))   # PD_SCK, DOUT
hx.set_scale(429.497)       # points par gramme, mesurés avec une masse connue
hx.tare()                   # le plateau vide devient le zéro
print(hx.get_units())       # masse en grammes

Ce driver produit l'horloge bit par bit, sans pause entre deux écritures. Cela ne fonctionne que parce que chaque accès à une broche coûte MCU.gpioOpTime (5 µs par défaut) : ne pas mettre gpioOpTime à 0 avec un HX711. Voir Le bloc MCU.

Exemples¶

Weighing.Hx711Read : 1 kg posé, lecture brute à gain 128, puis à gain 64, mise en veille et réveil. Les codes lus sont les codes théoriques : 429 497, puis 214 748.
Weighing.KitchenScale : la balance complète. Écran Grove LCD RGB en I2C, HX711 avec un bruit de 25 LSB, bouton TARE sur une interruption, plateau de 200 g, puis un bol de 350 g et 250 g de farine. L'écran affiche « 0 g », « 350 g », « Tare... », « 0 g », « 250 g ».

Simulation longue

La balance complète demande environ 45 s de calcul pour 7 s simulées : chaque caractère envoyé à l'écran est une transaction I2C, et le driver attend chaque donnée du HX711 par pas d'une milliseconde. C'est le prix d'une simulation électrique fidèle de deux bus.

Limites¶

Le canal B (gain 32) n'est pas câblé : il lit 0 V.
Chaque conversion est un échantillon instantané de l'entrée, sans moyennage ni temps d'établissement après un changement de gain.
La durée tUpdate est supposée : la fiche technique ne la chiffre pas.