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[M10项目] 行空板——智能称重系统

项目简介

在我刚开始接触电子爱好时，我得到了一套 HX711 重量传感器套件。这个传感器套件附带一个适用于 micropython 的库，并且可以通过 I2C 接口进行访问，因此非常适合用来进行一个小项目。我修改代码使其适用于 circuitpython，并使其在我的 Adafruit Clue 上运行。之后，我觉得可以在行空板上做一个类似的项目。

行空板是 DFRobot 推出的一款带触摸屏功能的单板计算机。它运行定制版的 Debian 操作系统，并提供 Pinpong 库来与各种 GPIO 进行接口。在这个项目中，我将控制一个 LED 环，使用板载按钮和光传感器，并通过 I2C 与 HX711 重量传感器套件进行通信。

项目代码可以在这里找到：https://github.com/Cosmic-Bee/unihiker_scale

功能
这个称重系统的功能很简单：

称重：在秤上放置物体来测量其重量（单位为克）。
校准：按下右侧上方的按钮进行校准，使用一个 50g（可配置）重量进行校准。
去皮：按下右侧下方的按钮进行去皮，将当前重量重置为 0g。

3D打印支架
为这个项目，我设计并制作了一个简单的 3D 打印支架。这个支架有一个槽，用于插入行空板的金手指接口，另外还有背部支撑件。打印时不需要任何支撑材料，且只需较少的填充。从测试结果来看，支架的平衡效果很好。LED 环的两个孔之间距离为 28 毫米，使用 m2 螺丝进行连接。

代码部分

1. 安装

安装步骤非常简单，只需将两个 py 文件放置在行空板的根目录，然后通过运行程序的 UI 界面进行访问即可。我使用 Visual Studio Code 的 SSH 选项，效果很好。

2. HX711 库

在使用 DFRobot 的 HX711 I2C Python 实现时，我遇到了一些问题（可能缺少关键的初始化步骤），所以我选择自己的逻辑作为起点，并将 circuitpython 代码转换为 pinpong。你可以点这里查看完整的库，但这里的代码我已经删掉了一些部分来突出 I2C 的使用。

# We import i2c
from pinpong.board import gboard, I2C
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# The class initializes i2c on init
class DFRobot_HX711_I2C:
    def __init__(self, board=None, i2c_addr=I2C_ADDR, bus_num=0):
        if isinstance(board, int):
            i2c_addr = board
            board = gboard
        elif board is None:
            board = gboard
        self.i2c_addr = i2c_addr
        self._i2c = I2C(bus_num)
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# It writes  and reads from the i2c registers as needed
    def _write_register(self):
        self._i2c.writeto(self.i2c_addr, self.buffer)

    def _read_register(self, length):
        self.rxbuf = self._i2c.readfrom(self.i2c_addr, length)
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综上，使用 I2C 和 pinpong 上手并不困难。

3. 称重系统

跟之前一样，你可以点这里查看完整的库，这里的代码突出的是关键部分。首先，逻辑允许设置环境变量进行重量校准和光启用阈值。我使用了手头的一个 50g 的重量。

# Weight value
CALIBRATION_WEIGHT_VALUE=50

# Arbitrary value for light sensor to trigger LED ring light
LIGHT_ENABLE_THRESHOLD = 300
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LED 环配置为使用 Pin 22：

NEOPIXEL_PIN = Pin(22)
PIXELS_NUM = 8
neopixel = NeoPixel(NEOPIXEL_PIN, PIXELS_NUM)
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对于夜灯功能，我使用了一个全局变量，以下是与此相关的一组代码。

LIGHT_ENABLE_THRESHOLD = 300
Board("UNIHIKER").begin()
lightEnabled = None

def handleNightMode():
    global lightEnabled
    lightValue = light.read()
    if 0 <= lightValue < LIGHT_ENABLE_THRESHOLD:
        lightEnabled = True
        for i in range(PIXELS_NUM):
            neopixel[i] = (20, 20, 20)
    elif lightEnabled:
        lightEnabled = False
        for i in range(PIXELS_NUM):
            neopixel[i] = (0, 0, 0)

while True:
    handleNightMode()
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当你初始化板子时，它会提供一组功能，例如光传感器。在这种情况下，每次循环迭代都会读取光传感器的值，并与之前配置的光传感器阈值进行比较。如果光传感器检测到低于阈值的值，则 LED 以每个通道 20 的值启用。如果光值超过阈值，则 LED 环禁用。

称重系统主要通过以下代码进行设置：

hx711_sensor = DFRobot_HX711_I2C()
hx711_sensor.begin()

# Weight display
weightText = gui.draw_text(text="0.00 g", x=20, y=180, font_size=34, color="teal")

while True:
    ...
    # Update the weight display
    weight = hx711_sensor.weight(10)
    weightText.config(text="{:.2f} g".format(weight))
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系统获取重量时会进行 10 次迭代以获取平均值，然后更新显示重量的文本。此外，称重系统还包含一些附加逻辑。这些功能包括称重系统的校准和去皮功能，以及指示它们是否处于活动状态的状态文本。默认情况下，状态文本显示为“正在称重”：

state = gui.draw_text(text="Current State: Weighing", x=30, y=80, font_size=10, color="blue")
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如果状态被更新为其他内容，则会在 5 秒后恢复为称重状态。

# Track the time when the state was last changed
last_state_change_time = time.time()
initial_state_set = False

while True:
    ...
    # Check and update the state to "Current State: Weighing" if needed
    if not initial_state_set and (time.time() - last_state_change_time) >= 5:
        state.config(text="Current State: Weighing")
        initial_state_set = True
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可以更新此状态文本的两个元素是按钮。按钮 A 用于校准，按钮 B 用于去皮。

CALIBRATION_WEIGHT_VALUE=50

while True:
    ...
    # Check if button A is pressed for calibration
    if button_a.is_pressed() == True:
        state.config(text="Current State: Calibrating {}g".format(CALIBRATION_WEIGHT_VALUE))
        last_state_change_time = time.time()
        hx711_sensor.setTriggerWeight(CALIBRATION_WEIGHT_VALUE)
        hx711_sensor.setCalThreshold(1)
        hx711_sensor.enableCalibration()
        i = 0
        while hx711_sensor.peelFlag() != 2:
            time.sleep(1)
            i += 1
            if i >= 7:
                break
        calibration = hx711_sensor.calibration()
        state.config(text="Calibrated: {:.2f}".format(calibration))
        hx711_sensor.setCalibration(calibration)
        last_state_change_time = time.time()
        initial_state_set = False
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校准逻辑使用设置为环境变量的克重值。当你按下按钮时，系统使用该环境变量更新传感器，并开始等待添加重量的过程。在时限内添加重量后，它会进行校准并更新显示校准值的 UI。

while True:
    ...
    # Check if button B is pressed for tare (peel)
    if button_b.is_pressed() == True:
        state.config(text="Current State: Peeled")
        last_state_change_time = time.time()
        hx711_sensor.peel()
        initial_state_set = False
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