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電子發燒友網>電子資料下載>電子資料>一款支持WiFi的體重秤

一款支持WiFi的體重秤

2023-02-08 | zip | 0.62 MB | 次下載 | 2積分

資料介紹

描述

概括

這是一款支持 WiFi 的體重秤,主要用于稱重食物和追蹤卡路里。如果您正在節食,如果您跟蹤卡路里攝入量以保持體重,或者如果您正在健身并且只是想通過關注營養來改善您的結果,這將非常有用。

它可以非常精確地稱量食物,最高可達十分之一克,計算卡路里能量,在 LCD 上顯示此信息,使用 RESTful API,您可以傳輸重量信息、調整設置或遠程控制秤。

基本原理

我開始這個項目的原因是因為我想幫助我的妻子追蹤食物。我們都有 FitBit 智能設備,我們喜歡 FitBit 幫助實現這些目標的方式。他們擅長追蹤能量消耗,但不擅長記錄食物。由于一些煩人的錯誤、缺乏功能和不完整的食物數據庫,我剛剛創建了一個網絡應用程序,我們從那里記錄我們的食物,然后通過他們的 REST API 將這些數據發送到 FitBit。基本上我為它創建了一個更好的界面,允許我們創建一個共享的食物數據庫。我目前沒有使用該網絡應用程序來記錄我的食物(不再節食),即使我仍然戴著 FitBit 追蹤器,但我的妻子喜歡每天使用它(即使她只是想保持體重)。

我們這樣做的方法是用傳統的廚房秤稱重食物,然后將重量手動輸入到網絡應用程序中。在我們在電話上輸入信息之前,我們不知道食物實際含有多少卡路里。所以我告訴我的妻子:“如果我告訴你我可以給你做一個能夠將你的食物記錄到 FitBit 的體重秤,你會怎么說,這樣你就不需要手動輸入體重,而且你將能夠實時查看卡路里,以便您可以添加或刪除東西以將東西控制在預算之內?:)。”最初我還想顯示當天消耗/剩??余的能量,但我決定在秤 LCD 上包含最少的信息。

我不得不決定是購買一個稱重傳感器并自己制作外殼,還是購買一個便宜的秤,并將其用于內部的稱重傳感器和穩定的底座。

我選擇購買便宜的秤,其中只保留稱重傳感器和帶按鈕的外殼。如果您認為它看起來或效果更好,您可以決定創建自己的案例。我對結果很滿意,即使它看起來不太好,但是嘿,這是一個 DIY 的東西......

它有什么可惡的?

哦,好吧......你會親眼看到它的:) 它有一種很好的態度。

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產品說明書

開機/關機

右側有一個機械開/關開關,靠近充電端口確保它已打開。

您可以通過短按紅色(左)按鈕打開體重秤。

要關閉電源,請長按黑色(右)按鈕至少 3 秒鐘。

您也可以從 API 關閉電源。

開機時,標志 LED 亮起,然后在網絡連接后變暗到 20% 左右,然后在 5 秒內完全變暗。

省電:自動關機

如果 90 秒不活動,體重秤會自動關機。不活動意味著在此期間未檢測到體重變化。此外,作為電池的保護措施,體重秤有一個設置為 5 分鐘的通用關機定時器,無論是否處于活動狀態。這些計時器可通過 API 自定義。

2022.2 中的新增功能:如果您不構建花哨的閉鎖電路,體重秤將關閉其大部分組件并進入深度睡眠以節省能源。使用閉鎖電路,一切都會關閉。

收費

該秤包含一塊 1000 mAh 可充電鋰離子電池。充滿電后,體重秤通常可以使用 1-2 個月。LCD 上有電量指示器。當電量低于 15% 時,內部 LED 會持續閃爍,建議將充電器插入右側 USB 插座。您可以使用任何 USB 充電器,但建議使用 5V/1A 充電器。

該電池應在 1 小時 45 分內充滿電。

充電期間,紅色 LED 燈會亮起。充滿電后,藍色 LED 燈亮起。

使用USB充電器時有短路保護和過充保護。

最大輸入電壓:8V(USB 端口的規格為 5V,誤差范圍為 5%)。

注意事項

鋰離子電池可能很危險,尤其是舊電池。如果您發現它有任何變熱(甚至不應該變熱)或腫脹的跡象,請停止充電并更換新的。您可以用 1000mAh - 2000mAh 電池更換它,對于給定的充電電路永遠不會更低。

請勿嘗試將USB線插入esp8266的usb口給電池充電,USB線連接esp8266進行調試時,請勿將充電器插入充電口。該端口僅用于調試和編程,并且只能在機械開關處于關閉位置時使用。使用此端口時不要關閉開關,您將為電池提供電流,繞過充電電路,從而防止過度充電,并且很有可能損壞電池。鋰離子電池過度充電會引起火災和爆炸!

即使計算機在 USB 端口上提供低電流(通常為 250mA),所以電流還可以,但電壓對于鋰離子電池來說太高了(它會在 4.8V - 5V 之間,因為它通過肖特基二極管),而鋰離子電池的絕對最大電壓應為 4.2V。

聯網

該秤可以連接到現有的 WiFi b/g/n 網絡,或者在網絡設置模式下可以充當熱點。

默認網絡設置:

當秤啟動時,它會嘗試連接到最后一個已知網絡。LCD 將顯示“連接到 ”并顯示進度指示器。如果連接成功,您會在 LCD 右上角看到信號強度指示器。連接錯誤時,會出現帶有刪除線 WiFi 的指示器。您仍然可以在沒有 WiFi 的情況下使用體重秤,但只能在基本稱重模式下使用。

網絡配置門戶

第一次使用時,如果您的 WiFi 或身份驗證的 SSID 發生變化,您需要重新配置連接設置。您可以通過雙擊 Wemos R1 Mini 芯片的重置按鈕來啟動配置門戶。打開體重秤后,您基本上需要以 5 秒的間隔按兩次重置按鈕。

進入該模式時,秤的標志 LED 燈會閃爍兩次,并在屏幕上顯示“ Configure me ”。

要使用配置門戶,請連接到體重秤創建的公共“Healthzuilla-Scale”WiFI 網絡。然后訪問入口:http: //192.168.4.1

如果您不配置秤,則使用門戶有 5 分鐘的超時時間。

從配置門戶中,您可以選擇 SSID、設置密碼和身份驗證類型。每次更改設置時,都會打開 DHCP 客戶端。您需要使用 API 通過將useStaticIP設置false和靜態 IP 配置來禁用 DHCP。

之前的靜態 IP 設置被禁用并啟用 DHCP 以便能夠連接到該網絡,因為它可能與您已有的 IP 設置沖突。連接后,建議設置一個靜態 IP,這樣您就知道如何使用 API 訪問秤。或者您可以指示路由器始終為秤的物理網絡地址分配相同的 IP。

使用體重秤

體重秤開機后,當體重秤完成初始化,顯示屏顯示 0g 時,將物品放在綠色稱重區。重量以 1 秒的間隔采樣并顯示在顯示屏上。

要讓秤同時顯示體重和卡路里,請使用 API 發送食物信息。電子秤會實時顯示食物名稱、重量和卡路里。秤會記住食物,直到斷電或您發送另一個食物信息。

去皮功能

例如,當一個空容器放在稱重平臺上時,去皮功能會重置秤顯示器的零位,以便隨后僅顯示容器內容物的重量。這實際上是通過將當前秤上的內容歸零來工作的,因此您可以在向同一接收者添加不同食物時使用此功能,但想要單獨稱重它們。

秤總是從去皮開始,所以如果你在開始秤之前放置一個空盤子,它會顯示 0。

顯示背光

LCD 背光根據環境照明自動控制。秤正面有一個傳感器,在按鈕按鈕的左側。

技術信息

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這個項目需要良好的焊接技能、一些創建更簡單電路的背景、對電子學的基本了解以及一些 Arduino IDE 的經驗。如果您是新手,我建議您先嘗試一個更簡單的項目,以掌握它的竅門。

電源電路

我建議在電池的正極線上安裝一個機械開關,以防您想切斷電池的電源。該電路依賴于一個軟開關(一個按鈕),因此秤能夠自行關閉。僅使用機械開關,這是不可能的。

來自電池的電流由一個 47uF 大容量電解電容器 (C2) 和一個 100nF 去耦陶瓷電容器 (C1) 過濾,它們都與電池的輸入并聯 大容量電容器非常重要,因為它就像一個能量庫對于饑餓的 esp8266 芯片,在啟動時是必不可少的。esp8266 在啟動時會產生 70-150 mA 的突發電流,并可能產生 300-400mA 的尖峰電流。結果,穩壓器輸入端的電壓下降。如果電壓下降太多,則可能會導致掉電。大容量電容器將平滑這些尖峰并避免穩壓器輸入端的電壓下降,從而為穩壓器提供能量緩沖。較小的陶瓷去耦電容器有助于消除 WiFi 操作產生的高頻噪聲,并在這些情況下提供更快的響應。

在穩壓器輸出端,即 HX711 和 LCD 輸入端,使用了兩個去耦陶瓷電容器,一個為 100nF (C4),另一個為 10nF (C5)。它們有助于隔離這些組件,尤其是應獲得穩定電壓的稱重傳感器放大器 (HX711),并且它們抑制試圖覆蓋更廣泛頻率范圍的高頻噪聲,并在需要時提供即時能量儲備。

軟鎖存電路采用1個P溝道場效應管(NDB6020P)-Q2,1個N溝道場效應管(2N7000)-Q1,2個10K電阻(R1和R2)。

您可以使用任何 P 通道邏輯電平 Mosfet 代替 NDB6020P,能夠在 -3.3V 時提供至少 500mA 的電流。這個額定電流高達 24 安培,所以有點笨重,但沒有更小的。您也可以用類似的 N 通道 Mosfet 甚至 NPN 晶體管替換 N 通道 Mosfet。如果換成三極管,通過10K電阻連接三極管的基極,限制基極電流。使用 Mosfet 的優點是功耗低得多,但它只在秤打開時消耗電流
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鎖存電路原理
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Wemos D1 Mini 由用作開關的紅色(左)按鈕供電。一旦啟動,它將數字引腳 GPIO16 設置為高電平,將 3.3V 饋入 N 溝道 Mosfet 柵極,從而使電流從漏極流向負側的源極。Q1 的柵極被 R1 下拉,因此 FET 最初不導通。這使得 Q2 在漏極和源極之間導通,因為 Q2 的柵極現在被拉到地。Q2 是一個 P 溝道 Mosfet,工作方式相反——默認情況下它被 10K 電阻 R2 拉高,并且只允許電流在沒有電壓施加到它的柵極時流動。

微控制器可以通過將 GPIO16 設置為低電平,從 Q1 柵極移除電壓,Q1 現在被 R1 拉低,從而中斷到 Q2 柵極的接地路徑,Q2 再次被 R2 拉高。

實體按鍵

秤有兩個物理按鈕。還有一個開關用于中斷從電池到連接板的電源。

位于左側的第一個按鈕無法使用微控制器讀取。它僅用作電源開關微控制器上電后,該按鈕沒有任何作用。我更喜歡一種簡單的方法,我通過一個按鈕打開電源,然后通過軟件或通過讀取另一個按鈕來關閉電源。您可以在長按時按下/關閉按鈕,但需要更復雜的電路。

右側的第二個按鈕具有雙重作用:

  • 長按關閉體重秤
  • 短按去皮重

與嘗試重復使用“開”按鈕相比,將開和關按鈕分開對我來說更容易。

基本上只有第二個按鈕被微控制器讀取。為了區分短按和長按,我只存儲按鈕改變狀態的時間,并測量是否有足夠的時間考慮長按(3 秒)。您可以研究在 loop() 中執行的函數handleTareButton()中的代碼。

秤校準

在做任何事情之前校準秤非常重要。為此,使用了所謂的校準因子如果您將秤置于校準模式,則此校準系數可由秤確定要將秤置于校準模式,請使用 HTTP API:

校準模式會要求您在秤上放置一個已知的重量。一旦檢測到重量,它就會計算校準系數,應用它,將其保存到 EEPROM 中以備下次啟動時再次使用。

已知重量設置為152g。這可能聽起來很奇怪,但這實際上是我的三星 S7手機的重量。使用手機本身來校準秤非常方便。該值取自規格(我猜他們已經用校準秤測量了該值:))并且我通過稱重幾個硬幣來確認校準正確。硬幣也是可以作為校準砝碼的東西,因為它們都有官方的重量,但是你需要一串硬幣至少稱重 50 克才能進行一種準確的校準。

閱讀重量

為了測量重量,我們需要兩個組件

  • LoadCell我使用的是直桿稱重傳感器,也稱為應變計
  • LoadCell放大器我用的是HX711放大器模塊

使用的這種直桿稱重傳感器的額定重量為 5 千克,這意味著它可以將高達 5 千克的壓力(力)轉化為電信號。稱重傳感器能夠測量響應于應變(例如壓力或力)并與其成比例變化的電阻。

有關稱重傳感器的更多信息。

為了能夠讀取這些微小的電阻波動,您需要非常精確且昂貴的儀器,或者像 HX711 這樣的優質放大器,它可以將這些微小的變化轉化為可讀的內容。

讀數應該非常準確,因為使用的稱重傳感器放大器 (HX711) 包含一個 24 位 ADC。要獲得準確的結果,請確保秤具有穩定的底座。您可以使用橡膠腿。

從稱重傳感器上的惠斯通電橋引出的四根電線通常是:

  • 勵磁+(E+)或VCC為紅色
  • 勵磁-(E-)或接地為黑色。
  • 輸出+ (O+)、信號+ (S+)+ 或放大器+ (A+) 為白色
  • O-、S- 或 A- 為綠色或藍色
從我使用的廉價秤中出來的白色和藍色電線實際上是顛倒的,但我注意到這是因為它們在現有 PCB 上的標簽

我讀過 HX711 在 5V 下工作得更好,但在 3.3V 下我得到了令人滿意的結果。您的模塊可能具有用于模擬數字電源的專用電源輸入,例如來自 Sparkfun 的模塊。這種分離允許用 5V 為模擬部分供電,用 3.3V 為邏輯部分供電,因此您可以使用 3.3V 微控制器。我的模塊沒有這些選項。

關于使用 HX711 的 Sparkfun 教程

標有DATDOUTCLK的引腳可以連接到任何數字引腳。我使用GPIO5作為DOUT GPIO4作為CLK。

使用的庫應該負責通信我使用bogde/HX711作為庫,大多數人都在使用

經過幾次試驗,我能得出的最好的讀取體重的算法是:

  • 在計時器中每秒讀取一次刻度
  • 在每次讀數時獲取 7 個樣本并使用平均值
  • 在權重穩定后使用移動平均算法,減少異常變化,提高準確性。移動平均線基于那些 1 秒讀數的歷史記錄。

您可以研究函數readScale()中的代碼

您可以使用 API 檢索重量:

讀取電池充電狀態

鋰離子電池的充電狀態是根據電壓計算的。我為不同的電壓值組裝了穩定的充電百分比。你會在網上找到不同的表格,或多或少準確,我所做的是查看鋰離子電池數據表中的 SoC 與電壓曲線,并嘗試遵循它。可以通過研究代碼 ( getLiPoBatteryLevel())找到轉換表

您不能直接讀取電池電壓,但可以使用 ADC(模數轉換)來獲取已知間隔內的值。ADC 只能讀取特定范圍內的電壓,因此如果讀取電壓高于 ADC 范圍,則必須使用分壓器將其縮小以適應范圍。

ESP8266 有一個 10 位 ADC 引腳。1 伏特是內部 ADC 的最大輸入,原始讀數為 1023。Wemos D1 Mini 已經在 ADC 引腳上包含一個分壓器。這是 100 k 電阻上的 220 k 電阻。只要電壓低于 3.3V,您就可以將電池直接連接到裸露的 ADC 引腳。

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WemosD1 Mini 內部分壓器
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但是充滿電的電池的 4.2V 超出了裸露的引腳所能承受的范圍。通過在電池正極端子和 ADC 引腳之間連接一個額外的 220k 電阻,由于存在分壓器,我們將在暴露引腳上獲得小于 3.3V 的電壓,在 ESP8266 的 ADC 引腳上獲得小于 1V 的電壓。

通過添加一個 220k 電阻,實際上總電阻為 220k + 220k + 100k = 540k。因此,如果充滿電的電池電壓為 4.2 伏,則 ESP8266 的 ADC 將獲得 4.2 * 100/540= 0.77 伏,當 ADC 為 1V 時允許輸入電壓高達 5.4V,因此輸入引腳和 ADC將在過電壓(施加直接 USB 電壓)的情況下受到保護。

我在 ADC 引腳和地之間添加了一個 100nF 的陶瓷電容器,以平滑讀數并降低噪聲。我只是在草圖開始時取了 1 個樣本,然后將其乘以一個已知的校準因子,因為讀數非常穩定。如果您的讀數不同,您可以嘗試使用更大的電容器,讀取多個樣本并取平均值。但是如果你有噪音,你應該首先檢查連接并確保你有短線(如 10cm)以最小化電感。

諾基亞5110 顯示屏

這些舊顯示器仍然在那里。諾基亞 5110 LCD 是一個 84 x 48 像素的單色顯示器,它很便宜并且可以很容易地與 Adafruit GFX 庫一起使用。它可以讓您顯示文本、形狀和單色圖像。它還具有 LED 背光。在沒有背光的情況下,它僅消耗 6-7 毫安。

LCD 需要從 2.7 - 3.3V 供電。背光由 4 個 LED 組成。我不能讓那些 LED 在我的模塊中消耗超過 20mA。它可以有一個限流電阻,或者它們可以有更高的正向電壓。一些模塊聲明它們可以使用高達 100mA 的電流,這確實是可能的,因為典型的白色 LED 可以消耗 30mA,所以看到背光消耗 120mA 我不會感到驚訝。與顯示器所需的 6-7mA 相比,您應該注意這一點。這就是為什么在電池供電的設備上我只會在需要時打開背光燈。

我看到一些模塊要求 LED BLT 引腳為邏輯低電平。這就是為什么您應該始終閱讀數據表,如果它直接需要電源,請始終放置一個限流電阻。例如,為了安全起見,我使用了一個 22 歐姆的電阻器

此 LCD 中內置了飛利浦 PCD8544 顯示控制器可將原始 LCD 的大量并行接口轉換為更方便的串行接口。PCD8544 通過類似于SPI 的同步串行接口進行控制。時鐘 ( SCLK ) 和數據 ( DN ) 輸入線,以及低電平有效的片選 ( SCE ) 輸入。

在這三個串行線之上,還有另一個輸入——D/ C——它告訴顯示器它接收的數據是命令還是可顯示數據。

對于數據傳輸引腳——SCLK 和 DN(MOSI)——我使用了 Arduino 的硬件SPI 引腳,這將有助于實現更快的數據傳輸。片選(SCE)接地,復位(RST)通過一個10K的電阻連接到Wemos R1 Mini復位管腳,以便微控制器復位時復位顯示。數據/命令 (D/C) 引腳可以連接到任何數字 I/O 引腳,因此我使用了通常用于 SPI MISO 的GPIO12 ,未使用,在 D1 Mini上標記為D6

Sparkfun 創建了一個關于使用此 LCD 的精彩教程。

汽車液晶背光

由于背光 LCD 可能很耗電并且并不總是需要,我創建了一個電路來根據光照條件調整背光。

我使用的自動背光電路由一個 NPN 晶體管、一個 LDR(光敏電阻)和兩個電阻組成。使用的NPN三極管為2N3904 ,可提供200mA電流。由于所需的電流很低,您有很多選擇可以用任何 NPN 晶體管替換它。在此設置中,NPN 沒有像通常用作低側開關那樣使用,而是用作高側開關。由于 BLT 引腳需要正電壓才能打開,因此無法在低端使用它(負饋電),因為接地已經連接到模塊上

沒有LDR,電路使背光完全點亮。使用 LDR,晶體管基極將獲得或多或少的電流,這取決于 LDR 獲得多少光,因為 LDR 電阻隨著光從黑暗中的非常高的電阻降低到光線中的非常低的電阻。晶體管基極在光照環境下會獲得非常低的電流,因為大部分電流會流過 LDR 的電阻較小的路徑,因此從集電極到發射極(3.3V 到 BLT 引腳)的電流會很低,并且背-光線會非常暗或關閉。在較暗的環境中,LDR 電阻增加,允許更多電流到達晶體管的基極,從而允許更多電流從集電極傳輸到發射極(3.3V 到 BLT 引腳)并點亮LED。

我選擇了從 3.3V 到晶體管基極的固定 1K 電阻,以及從發射極到 BLT 的 22ohms 保護電阻。保護并不是真正必要的,但始終建議在 LED 之前使用電阻器。

標志燈

每個產品都需要一個標志,還有什么比發光標志更漂亮的呢?

為此,我只是Wemos D1 Mini上使用了標記為D3的GPIO 0 ,當徽標應點亮時將其設置為高電平,當徽標應關閉時將其設置為低電平。我還使用 PWM 和 analogWrite 將其調暗。當然,我加了一個幾歐的保護電阻(我實際用的是1.2ohm,但是如果你不確定led的正向電壓,我推薦一個更大的,比如22ohm)來保證led的安全。

GPIO 0 是 ESP8266 的一個特殊引腳,用于啟動過程,因此它在啟動時始終為高電平,但這完全沒問題。啟動后,您可以將其用作輸出并隨心所欲地使用它。

圖書館

API參考

RESTful HTTP API 可在http://healthzuilla-scale.local/api/或通過 IP 在http://

healthzuilla-scale.local由于秤上安裝了 mDNS 響應器,因此可以正常工作。有些設備可能無法識別此主機名,例如 Android 設備,因為它們缺乏 mDNS 支持。在這種情況下,使用 IP 地址
不支持 SSL
在 v 2022.2 中嘗試使用自簽名的 2048 位證書,但事實證明即使在 160 Mhz 時鐘下,這對于 ESP8266 芯片來說也太慢了。所以此更改已在 v 2022.3 中恢復

API 接收表單編碼的輸入參數卷曲示例:

curl -XPATCH /api/settings --data "useStaticIP=1&ip=192.168.1.11"

成功的 POST/PATCH 操作返回 HTTP 狀態代碼 200 和如下所示的 JSON:

{"success": true}

失敗的請求返回一個非 200 的 HTTP 狀態代碼和一個帶有兩個鍵的 JSON 對象:

  • 錯誤:bool (始終為真)
  • 消息:字符串

例子:

{"error": "true", "message": "Invalid voltage. Must be between 3 - 4.35v"}

以下所有路徑均與秤 IP 地址相關。

設備接口

檢索信息

GET /api/device/info

示例響應:

{
	"battery":{
		"voltage":4.09,
		"chargeLevel":90
	},
	"network":{
		"deviceMac":"84:F3:EB:B3:86:75",
		"ip":"192.168.1.11",
		"subnetMask":"255.255.255.0",
		"gateway":"192.168.1.1",
		"dnsIP":"192.168.1.1",
		"SSID":"tplink-est",
		"BSSID":"64:66:B3:64:1D:A9",
		"signalStrength":-71
	}
}

校準ADC

POST /api/device/calibrate-adc

校準內部 ADC 以讀取電池電壓。為此,您需要將測得的電池電壓作為參數發送。

必需的參數:

  • 電壓值必須介于 3 和 4.35 之間float

關機_

POST/api/device/poweroff

重置

POST/api/device/reset

確保在進行軟重置時按住電源按鈕,否則它會在重置過程中自行斷電。如果您正在使用插入 Wemos D1 Mini 的 USB 電纜調試體重秤,這僅在不按下按鈕的情況下有效。

設置接口

檢索設置

GET /api/settings

示例響應:

{
	"useStaticIp":true,
	"ip":"192.168.1.11",
	"gateway":"192.168.1.1",
	"subnetMask":"255.255.255.0",
	"zeroFactor":131702,
	"calibrationFactor":414.19,
	"calibrationWeight":152.00,
	"powerOffTimerSec":300,
	"idlePowerOffTimerSec":90,
	"voltageCalibrationFactor":0.005226
}

帶有 curl 的示例請求:

$ curl -XPATCH http://192.168.1.11/api/settings --data "useStaticIp=1&ip=192.168.0.10"

更改設置

PATCH /api/settings

比例函數 API

校準

POST /api/calibrate

啟動交互式校準模式。秤會要求您放置一個已知的重量,然后它會自動校準。

檢索上次設置的食物 ID 的重量

GET /api/weight

回復:

{
   “foodId”:123,
   “weight”:90.5,
   “unit”:“g”
}

設置食物信息

POST/api/weight

必需的參數:

  • foodIdstring一個唯一的 id 來識別這個食物
  • 名稱string在秤 LCD 上顯示的食物名稱
  • 卡路里熱量float/100g

樣品要求:

curl -XPOST http://192.168.1.11/api/weight --data "foodId=123&name=Banana&calories=89.2"

皮重

POST /api/tare


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總榜

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