Arduinoでロードセルを使う方法｜HX711の配線・校正・重さ測定

01ロードセルとHX711とは｜仕組みを理解する

ロードセルは「ひずみ」を電気信号に変える部品

ロードセルは、金属の板にひずみゲージという特殊な抵抗線が貼り付けられたセンサーです。重さがかかると、金属がごくわずかにたわみます。このたわみ（ひずみ）によって、ひずみゲージの電気抵抗がほんの少しだけ変化します。4本の抵抗を「ホイートストンブリッジ」という回路構成で組み合わせることで、重さに比例したごく小さな電圧差として取り出せる仕組みです。ホビー向けでよく使われるのは、片側を固定して使う「ロードセル（棒状・バー型）」で、1kg〜50kg程度まで、さまざまな定格のものが販売されています。

HX711が必要な理由

ロードセルが出力する電圧の変化は、フルスケールでもわずか数mV程度しかありません。ArduinoのanalogRead()で直接読み取るには小さすぎて、実用的な精度が得られません。そこで使われるのが「HX711」という24ビットのAD変換（アナログ→デジタル変換）専用ICです。HX711モジュールは、この微小な電圧を増幅したうえでデジタル値に変換し、DT（データ）とSCK（クロック）というたった2本の信号線でArduinoに送ってくれます。土壌水分センサーや可変抵抗のようにanalogReadで済むセンサーとは、この点が大きく異なります。

02必要なもの｜部品を揃える

今回使用する部品

ロードセルの取り付け方について

バー型のロードセルは、片方の端をしっかり固定し、もう片方の端に台や皿を取り付けて、そこに荷重をかける使い方が基本です。取り付けが左右非対称だったり、固定が甘かったりすると、正確な値が出にくくなります。多くの製品には、固定用・荷重用それぞれにネジ穴が空いているので、説明書の向きに合わせて土台に固定しましょう。

03配線方法：ロードセル → HX711 → Arduino

ロードセルの4本線とHX711の対応

ロードセルからは、通常4本の配線が出ています。多くの製品では、次のような色分けになっています。ただし、これはあくまで一般的な傾向であり、メーカーによって色の割り当てが異なる場合があるため、購入時の説明書も必ず確認してください。

HX711とArduinoの配線

HX711側からArduinoへの配線は、電源2本と信号2本の、合計4本だけです。とてもシンプルです。

配線時の注意点

HX711の多くの基板は、2.6V〜5.5Vの範囲で動作しますが、ロジック（DT・SCKの信号電圧）はVCCに連動するタイプが一般的です。Arduino Unoのように5V系のボードでは、VCCも5Vにつないで問題ありません。3.3V系のボード（一部のESP32等）で使う場合は、対応電圧をよく確認してから接続してください。また、配線が長いとノイズを拾いやすくなるため、可能な範囲で配線は短くまとめることをおすすめします。

04HX711ライブラリのインストール

HX711は、生のデジタル値を送ってくるだけのICです。そこから重さを計算する処理を自前で書くのは大変なので、専用ライブラリを使うのが定番です。定番かつ広く使われているのは、Bogdan Necula氏が公開している「HX711 Arduino Library」です。

05基本コード｜生の値を読み取る

まずは生の値を表示してみる

配線とライブラリの準備ができたら、まずはキャリブレーションなしで、生のデジタル値を読み取ってみましょう。この段階では「重さ」ではなく、HX711が変換した数値そのものが表示されます。

// HX711の生の値を表示するコード
#include "HX711.h"

const int DT_PIN = 2;
const int SCK_PIN = 3;

HX711 scale;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  scale.begin(DT_PIN, SCK_PIN);
}

void loop() {
  if (scale.is_ready()) {
    long reading = scale.read();  // 生のADC値を1回読み取る
    Serial.print("生の値: ");
    Serial.println(reading);
  } else {
    Serial.println("HX711が見つかりません。配線を確認してください。");
  }
  delay(500);
}

何も乗っていない状態でも値が出る理由

ロードセルに何も乗せていない状態でも、ゼロぴったりにはならず、何らかの数値が表示されます。これは異常ではありません。ロードセル自体の重さや、取り付け誤差などによる「オフセット」が含まれているためです。このオフセットを取り除く作業が、次の章で説明するtare()（風袋引き）です。

06【最重要】キャリブレーション（校正）の手順

キャリブレーションが必要な理由

HX711が出力する生の値は、あくまでも「ADCが変換した数値」であり、そのままでは「グラム」や「キログラム」の単位になっていません。ロードセルごとに感度がわずかに異なるため、生の値と実際の重さの関係を、自分の手で一度確定させる必要があります。この作業がキャリブレーション（校正）です。ライブラリ内部では、次の式で重さを計算しています。

重さ = (生の値 − オフセット) ÷ キャリブレーション係数

オフセットはtare()で自動的に求められます。キャリブレーション係数だけを、既知の重さを使って自分で求める必要があります。

手順①：風袋引き（tare）で基準ゼロを決める

手順②：既知の重さを乗せて係数を計算する

キャリブレーション用スケッチ

// HX711のキャリブレーション用コード
#include "HX711.h"

const int DT_PIN = 2;
const int SCK_PIN = 3;

HX711 scale;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  scale.begin(DT_PIN, SCK_PIN);

  Serial.println("ロードセルに何も乗せずにEnterを押してください");
  while (!Serial.available()) {
    delay(10);
  }
  while (Serial.available()) { Serial.read(); }  // バッファをクリア

  scale.set_scale();  // 係数を一旦1にする
  scale.tare();        // ゼロ点（オフセット）を記録
  Serial.println("ゼロ点の記録が完了しました");
}

void loop() {
  Serial.print("生の値(10回平均): ");
  Serial.println(scale.get_units(10));
  delay(1000);
}

このコードを書き込み、シリアルモニタで何も乗せていない状態を確認したらEnterを送信します。その後、既知の重さの物を乗せ、表示された値をメモして、係数を計算してください。

07実践コード｜安定した重さ表示にする

係数を組み込んだ完成版コード

6章で求めたキャリブレーション係数を使えば、生の値ではなく、実際の重さ（グラム）を直接表示できるようになります。

// キャリブレーション済みの重さ測定コード
#include "HX711.h"

const int DT_PIN = 2;
const int SCK_PIN = 3;
const float CALIBRATION_FACTOR = 208.6;  // 6章で計算した自分の係数に置き換える

HX711 scale;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  scale.begin(DT_PIN, SCK_PIN);
  scale.set_scale(CALIBRATION_FACTOR);
  scale.tare();  // 起動時に空の状態でゼロ点を記録
  Serial.println("準備完了。重さの測定を開始します。");
}

void loop() {
  float weight = scale.get_units(10);  // 10回平均で安定させる

  if (weight < 0) weight = 0;  // マイナス表示のブレを丸める

  Serial.print("重さ: ");
  Serial.print(weight, 1);
  Serial.println(" g");

  delay(300);
}

測定を安定させる4つのポイント

08応用｜リハビリ・作品制作への活用例

荷重を数値化するリハビリ分野での活用

ロードセルとHX711の組み合わせは、重さを正確に数値化できるという特性上、リハビリテーションの現場とも相性が良い技術です。例えば、片脚立位や座位での荷重を台の下に設置したロードセルで測定し、左右差を数値として記録する、握力の変化を経時的に記録する、といった使い方が考えられます。実際の臨床応用や医療機器としての利用にあたっては、精度の妥当性検証や安全面の検討が別途必要になりますが、まずは仕組みを理解し、試作段階で数値の変化を可視化してみることは、アイデアの検証に役立ちます。

作品制作でのアイデア

重さをトリガーにしたインタラクティブな作品も作れます。例えば、一定以上の重さが乗ったらLEDやブザーで知らせる、荷重の変化をきっかけにアニメーションを再生する、といった仕組みです。if文と組み合わせるだけで、幅広い応用が可能になります。

09よくあるトラブルと対処法

症状別の対処早見表

原因を素早く切り分けるコツ

10よくある質問

基本のQ&A

応用のQ&A