Per pesare oggetti voluminosi come biciclette o valigie, le bilance tradizionali risultano spesso poco pratiche. Questa soluzione utilizza fino a quattro piccole bilance che trasmettono le misure di peso a un modulo ESP32, il quale visualizza quindi il totale aggregato. Per la trasmissione wireless viene utilizzato il protocollo di comunicazione leggero ESP-NOW.

Il progetto

Di recente volevo pesare la mia bicicletta e ho trovato il metodo convenzionale — pesarsi su una bilancia da bagno con e senza la bici e calcolare la differenza — piuttosto scomodo. Allo stesso modo, è frustrante rispettare i limiti di peso delle compagnie aeree quando si viaggia con bagagli ingombranti o sacche per biciclette. La mia soluzione utilizza diverse bilance compatte interconnesse; queste trasmettono dati in tempo reale a un ricevitore in modalità wireless, che ne calcola la somma.

In questo progetto, ciascuna delle quattro bilance ha una capacità di 10 kg (a seconda dell’estensimetro utilizzato), per un limite totale di 40 kg. Intervalli di peso più elevati sono facilmente ottenibili con sensori alternativi. Il sistema è altamente intuitivo: per una bicicletta è sufficiente posizionare una bilancia sotto ciascuna ruota. Per oggetti rettangolari come valigie o scatole, posizionare una bilancia sotto ciascuno dei quattro angoli per determinare la massa totale!

Moduli elettronici

Ciascun componente — le bilance e il ricevitore — integra un modulo ESP32 con display OLED incorporato (tipo HW-724, Figura 1). Questo semplice display da 0,96 pollici con driver SSD1306 offre una risoluzione di 128 × 64 pixel.
 

Wireless scales : Figure 1: The HW-724 module features an ESP32 SoC and an integrated OLED display mounted directly on the PCB.
Figura 1: Il modulo HW-724 integra un SoC ESP32 e un
display OLED montato direttamente sul PCB.

Ciascuna bilancia integra un modulo di pesatura di precisione HX711 (Figura 2), che digitalizza i dati analogici provenienti da un sensore di peso — quest’ultimo integra quattro estensimetri, fissati su una barra metallica, in configurazione a ponte di Wheatstone. Il modulo HX711 utilizza un ADC a 24 bit per misure ad alta precisione. I collegamenti per il ponte del sensore sono: E+ = alimentazione positiva (AVDD), E- = alimentazione negativa (GND), A+ = ingresso positivo (INA+), e A- = ingresso negativo (INA-). Le denominazioni tra parentesi corrispondono al
datasheet.

HX711 module
Figura 2: Un modulo HX711 di precisione digitalizza i dati analogici
provenienti da un sensore di peso. 

I dati risultanti vengono convertiti con risoluzione a 24 bit e resi disponibili tramite I2C. Come mostrato in Figura 3, il modulo HX711 è montato direttamente sul retro della scheda ESP32.

The HX711 board is attached to the rear of the ESP32 module.
Figura 3: La scheda HX711 è fissata comodamente sul retro del modulo ESP32.

Come già accennato, il sensore di peso preassemblato utilizzato (Figura 4) è progettato per un peso massimo di 10 kg.
 

An aluminum square bar with four strain gauges
Figura 4: Il sensore utilizza una barra quadrata in alluminio con quattro estensimetri in un
ponte di Wheatstone. Un foro centrale allungato ne aumenta la sensibilità.

Questi sensori (vedere la sezione successiva) sono economici e facilmente reperibili; è possibile utilizzare anche altri sensori per diversi intervalli di peso.

Sensori di peso

Un sensore di peso del tipo utilizzato consiste in una barra di alluminio con fori di fissaggio alle estremità e un ritaglio centrale “a doppio foro”. Questo assottiglia il materiale; quando la barra si flette, provoca un aumento dell’allungamento o della compressione nelle aree circostanti il foro. Questo fenomeno può essere rilevato dagli estensimetri.

Weight Sensors text box
Fonte: Cristian V., Wikimedia, CC BY 4.0

Un estensimetro è costituito da un sottile strato di metallo (o materiale semiconduttore) disposto a serpentina su un supporto plastico sottile, al fine di aumentare o ridurre la lunghezza attiva del conduttore (immagine a sinistra). L’estensimetro è incollato al metallo per rilevare le variazioni di lunghezza causate dalla flessione. Nel caso di estensimetri con strato metallico, il sottile strato a serpentina si espande di conseguenza, modificando non solo la lunghezza ma anche la sezione, con conseguente variazione della resistenza. Poiché tali variazioni sono minime, è necessario un circuito elettronico per garantire l’accuratezza della misura.

I risultati ottimali si ottengono con quattro estensimetri in configurazione a ponte di Wheatstone (immagine a destra). Questa configurazione consente di rilevare la direzione della flessione e compensare la deriva termica.

Circuito

Il diagramma a blocchi in Figura 5 mostra come collegare le quattro parti. È così semplice che una distinta base formale può essere omessa. Il sensore di pesatura dispone di quattro fili che collegano il suo ponte di Wheatstone all’alimentazione (E+), alla massa (E-) e agli ingressi (A+, A-) del modulo HX711 (vedere Figura 2). L’HX711 comunica con il modulo ESP32 tramite I2C utilizzando le porte 13 e 15. Un pulsante gestisce la calibrazione e la tara.

Scale block diagram
Figura 5: Il diagramma a blocchi della bilancia è composto da soli quattro moduli e un pulsante.

L’alimentazione completa di ciascuna bilancia è fornita da un power bank autocostruito. L’uscita a 5 V è collegata al modulo ESP32. La scheda ESP32 è dotata di un regolatore di tensione a 3,3 V, che consente di alimentare facilmente l’HX711. Non è necessario un interruttore di alimentazione dedicato, poiché il power bank ne integra uno. Inoltre, non è necessario un segnale “no sleep”, poiché l’ESP32 assorbe corrente sufficiente a mantenere attivo il power bank.

Il ricevitore utilizza lo stesso modulo ESP32 delle bilance: un HW-724. Può essere alimentato anch’esso tramite power bank oppure direttamente con un piccolo caricatore a 5 V.

Software

Tutto il software è scritto in Arduino versione V1.8.19 ed è disponibile tramite questa pagina. Ciascuna bilancia richiede un ID univoco codificato (variabile SCALE_ID). Il codice deve quindi essere compilato separatamente per ogni unità.

All’avvio, il software esegue una funzione di tara per impostare il display a 0 kg. Assicurarsi che la bilancia sia vuota durante questa operazione. Quando compare “0”, è possibile iniziare la misurazione. Una breve pressione del pulsante attiva la funzione di tara. Dopo di ciò, le misure vengono effettuate ogni 100 ms. Se viene rilevata una variazione di peso, il valore viene inviato al ricevitore.

Mantenendo premuto il pulsante durante l’accensione si avvia una calibrazione completa. È necessario un peso di riferimento preciso di 200 g (ad esempio un bicchiere d’acqua) da posizionare sulla bilancia quando richiesto. Il software genera quindi un coefficiente di correzione, memorizzato nella memoria flash dell’ESP32, utilizzato per tutte le misurazioni successive. L’ID della bilancia viene anch’esso visualizzato sul display.

La trasmissione dei dati utilizza il protocollo ESP-NOW. Si tratta di un protocollo wireless progettato da Espressif che utilizza il livello PHY del Wi-Fi, ma senza il relativo elevato overhead. Per identificare i partecipanti alla comunicazione vengono utilizzati semplicemente gli indirizzi MAC. Nel nostro progetto, l’uso dell’indirizzo MAC specifico del ricevitore garantisce una comunicazione affidabile. A tale scopo, il programma include una semplice funzione per leggere l’indirizzo MAC. Un’opzione di compilazione consente di eseguire questa operazione una sola volta per recuperare e annotare l’indirizzo.

Il ricevitore resta in ascolto dei dati ESP-NOW, estrae l’ID e il peso di ciascuna bilancia e li visualizza riga per riga. Se una bilancia è assente o smette di trasmettere, i dati precedenti vengono cancellati e la somma totale aggiornata.

Progetto meccanico

Ho utilizzato dischi circolari in plexiglass per la base e la parte superiore. Il sensore presenta due fori di fissaggio per lato. Un lato è fissato alla base tramite una vite e un distanziale in acrilico, mentre l’altro è fissato allo stesso modo alla piastra superiore. L’ESP32 è montato lateralmente tramite una lamiera di alluminio piegata e nastro biadesivo per isolamento e stabilità.

Dopo aver montato i sensori, i moduli ESP32 e i componenti interni dei power bank autocostruiti (PCB e batterie al litio), le bilance erano pronte per i test. Figura 6 mostra uno dei miei prototipi.
 

Scale prototype
Figura 6: Vista del prototipo della bilancia: (a) mostra il PCB del power bank, la batteria
e il sensore centrale; (b) mostra il retro dell’ESP32 con il modulo HX711

Figura 7 mostra due bilance e il ricevitore durante una prova di misura. Con la bilancia sinistra a 463 g e quella destra a 354 g, il ricevitore visualizza correttamente 817 g. Nonostante l’elevata risoluzione, è evidente che una variazione di 1 g è trascurabile per la pesatura dei bagagli.

Wireless scales: complete system
Figura 7: Il sistema completo con due bilance e un ricevitore.
Racing bike on 2 wireless scales
Figura 8: La mia bici da corsa posizionata su due bilance.

Considerazioni finali

Un sistema a quattro bilance è sufficiente per pesi fino a 40 kg, superando i limiti della maggior parte delle compagnie aeree. Per il mio utilizzo specifico — monitorare ogni grammo della mia bici da corsa — due bilance con una capacità totale di 20 kg sono più che sufficienti (Figura 8). Il software può certamente essere ulteriormente ottimizzato per maggiore praticità o funzionalità. Buona sperimentazione!

Domande o commenti?

Avete domande tecniche o commenti su questo articolo? Scrivete all’autore all’indirizzo laurent.elektor@gmail.com oppure contattate il team Elektor all’indirizzo editor@elektor.com.

Nota della redazione: Questo articolo (250727-01) è pubblicato in Elektor maggio/giugno 2026.

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