这项研究提供了一种低成本、易于复制的开源实验室级数字秤的设计，该数字秤可用作精密天平。该设计使得它可以通过用于机械部件的开源 RepRap 级材料挤出 3D 打印机和现成的开源电子设备（包括 Arduino Nano）制造，供世界各地大多数实验室使用。制造了多个版本的设计，并测试了一系列称重传感器的精度和准确度。结果表明，开源秤在使用多个称重传感器时可在 0.05 g 范围内重复，根据称重传感器范围和样式，精度甚至更高 (0.005 g)。该秤与专有的实验室级秤进行线性跟踪，满足称重传感器数据表中指定的性能，表明它在所安装的称重传感器的范围内都是准确的。测试的最小称重传感器（100 克）可提供与商业数字质量天平相当的精度。当存在串行能力时，与具有相当量程和精度的秤相比，该秤的生产成本可以显着节省。随着规模范围的增加，节省的成本显着增加，特别适合资源有限的医疗和科学设施。
- 存储库包含所有设计的源代码，论文包含组装和使用说明。
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- 旧版本：3D 可打印数字天平
内容
电子组装
已经提交了一些请求，要求提供更详细的说明，以在焊接面包板上组装电子器件。下面详细介绍了一种可能的连接天平的方法，本杰明在组装该秤的第三次迭代时使用了该方法。面包板是一个网格，其中的焊盘可通过一个轴上的字母和另一个轴上的数字来识别（很像战舰游戏）。这将用于定位面包板上的零件。此设计基于OSF上提供的原理图。
所需物品
- 4cm x 6cm 焊接面包板（可能来源）
- 200mm/8" 长度的双绞线（即来自 Cat5 电缆）：
2x绿色/绿白1x蓝色/蓝白色1x橙色/橙白1x棕色/棕白色1x蓝色/橙色
- 22AWG 实芯线（可能来源）：
2x40mm/1.5" 黄色1x20mm/1" 绿色3x30mm/1.25" 绿色1x40mm/1.5" 绿色1x25mm/1" 红色1x45mm/1.75" 红色4x8mm/0.25" 无护套
- 220欧姆电阻
- 10k 微调器/电位器（可能来源）
- 母头引脚（可能来源）：
2x15x11x6x11x4x1
- 公头引脚：
1x4x1
- 16x2 LCD（可能来源）
- 无按钮
- 热缩管（可能来源）：
- 1x45mm（切成两半）
- 3x45毫米
- 5x45毫米
安装插头引脚
按照所列将接头焊接到面包板上。
| 尺寸 | 面包板位置 |
|---|---|
| 15×1 | T0 - T14 |
| 15×1 | N0-N14 |
| 6×1 | A4-F4 |
| 4×1 | B14 - E14 |
| 尺寸 | 面包板位置 |
|---|---|
| 4×1 | C1-F1 |
最后，使用 4 根无色电线将 4 个公接头引脚连接到 6x1 接头上相应的 4 个母引脚。母接头上的另外两个接收器（A4 和 B4 中）未使用，但安装是为了帮助定位 HX711 放大器。
安装电位器
电位器有三个引脚：1（固定）、2（抽头/可变）、3（固定）。在此组件中，引脚 1 为 GND，引脚 2 为输出，引脚 3 为 Vcc。
- 引脚 1（接地）：F7
- 引脚 2（雨刮器）：B8
- 引脚 3（VCC）：F9
在面包板上安装跳线
这将使用除 3x 30mm 绿色电线之外的所有 22AWG 实芯电线。这些电线的目的是将已安装的引脚连接到其他已安装的引脚。它们被运行到感兴趣的引脚旁边的焊盘上。额外的引线必须弯曲以接触相关引脚上的焊料，以便它们可以焊接在一起。在下表中，每个跳线都标记为Pad to insert into: Pad to solder together。
| 金属丝 | 结束1 | 结束2 |
|---|---|---|
| 绿色40mm | E13：E14 | M3：N3 |
| 黄色40mm | D13：D14 | M4：N4 |
| 黄色40mm | C13：C14 | M5：N5 |
| 红色45毫米 | B13：B14 | M6：N6 |
| 绿色20mm | L3：M3 | G7：F7 |
| 红色25毫米 | M14：N14 | G9：F9 |
| 220欧姆 | L14：M14 | I14 |
为按钮接线
将其中一根绿色/绿白双绞线连接到按钮的引脚，用 2 根 1mm 热缩管覆盖裸露的电线。另一端将连接到面包板的末端，因为它必须安装到位（在秤中）。
液晶显示器接线
LCD 有 16 个引脚，标记为 1-16，其中 1 为 VSS，16 为 LED-（如原理图所示）。将使用所有剩余的双绞线和 3 根 30 毫米的绿色实心 22AWG 电线进行接线。
- 以绿色/绿白双绞线为例。将所有 3 根实心线的一端连接到双绞线中绿色线的一端，形成三线尾纤。用 3mm 热缩管覆盖焊点。这将用于将 LCD 接地。
- 将三个尾纤末端连接到 LCD 上的引脚 1、5 和 16。将绿-白线的相应端连接到 15。绿/绿-白双绞线的另一端将连接到电路板上，为 LCD 上的背光供电。
- 以棕色/棕白色对为例。将棕色连接到 14，将棕白色连接到 13。
- 以蓝色/蓝白色对为例。将蓝色连接到 12，将蓝白连接到 11。
- 以橙色/橙白色对为例。将橙色连接至 6，将橙白色连接至 4。
- 以蓝色/橙色对为例。将蓝色连接到 3，将橙色连接到 2。
- 以绿色/绿白对为例。将绿色连接到 K3:L3，将绿白连接到 H14:I14
在不收缩的情况下，将 5mm 热缩管放在 4 根单色双绞线周围（保留蓝色/橙色双绞线），先不要收缩！电路板完成后，它将用于将电线固定到位，并使其不妨碍称重传感器。
现在，是时候将 LCD 连接到面包板上了。执行此操作时，请记住您希望如何将电线放置在秤外壳中（在将电线切割成一定长度之前尝试干式安装！）下面的编号使用与安装跳线相同的约定：插入第一个焊盘，然后焊接到第二个焊盘。我还焊接了插入电线的焊盘以增加强度。
- 以橙色/蓝色对为例。将蓝色连接到 A8:B8，将橙色连接到 F10:F9
- 以棕色/棕白色对为例。将棕色连接至 S6:T6，将棕白色连接至 S7:T7
- 以蓝色/蓝白色对为例。将蓝色连接到 S8:T8，将蓝白连接到 S9:T9
- 以橙色/橙白色对为例。将橙色连接至 S10:T10，将橙白色连接至 S11:T11
将电线就位并正确放置在天平外壳中后，继续加热热缩管，帮助固定其形状并防止它们接触称重传感器。
完成按钮安装
这是安装中最不舒服的部分，也是该双绞线需要额外长度的主要原因。
- 将绿色/绿白双绞线从按钮穿过天平外壳表面的孔。
- 将绿色连接到 J3:K3，将绿白连接到 M10:N10
安装主板和液晶屏
如果还没有，请将 LCD 固定在外壳上的插槽中，将电线引到称重传感器的凸台周围。如果任何电线与称重传感器接触，则无法进行可靠的测量。将面包板固定到位，确保 Arduino Nano 上的 USB 端口（将位于 2 组 15x1 接头连接器上）可访问。如果面包板坐得不牢，请用热胶将其固定在两个或三个角上。
整理起来
这还不太完整。将 Arduino Nano 放置在 15x1 接头组上，然后加载一些代码以仅运行 lcd（并在其上打印一些内容）。如果使用质量平衡代码，请注释掉天平/称重传感器/HX711 的初始化，因为这将保留一切（因为尚未安装 HX711）。这将为 LCD 供电，但您可能看不到任何东西。使用螺丝刀或旋钮调节电位器。它控制 LCD 上的对比度，因此请对其进行调整，直到显示屏上清晰可见文本。一旦设定，就无需再次调整。
关闭电源，将 HX711 安装到另一组母接头中，然后安装称重传感器，将其连接到面包板上的四个公接头。
此时秤应该可以正常工作了！恭喜你击沉了我的战舰！