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原：《簡(jiǎn)易電子秤》

作者：王凱 來(lái)源：中國(guó)科技博覽 2017年22期

　　本文主要論述了簡(jiǎn)易電子秤的設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)情況，系統(tǒng)由應(yīng)變式傳感器電路、信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路構(gòu)成。應(yīng)變式傳感器電路主要的元器件是電阻應(yīng)變片，其測(cè)量應(yīng)變的靈敏度和度高，性能穩(wěn)定、可靠，廣泛應(yīng)用于電子稱的測(cè)量裝置。

　　、方案論證與設(shè)計(jì)

　　1.1 方案比較與選擇

　　1.1.1 控制芯片的選擇

　　采用STM32F407單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。此款單片機(jī)支持總線、傳輸效率高，PWM輸出方便，能夠滿足題目中數(shù)據(jù)的處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)控。

　　1.1.2 液晶顯示器的選擇

　　選用12864液晶顯示器，5V電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)陣、128個(gè)字符及64*256點(diǎn)陣顯示RAM，可以在任意位置顯示數(shù)字、符號(hào)和漢字。

　　1.2 系統(tǒng)方案

　　經(jīng)過(guò)上述的分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊采用的方案，如圖1所示。

　　二、理論分析與計(jì)算

　　2.1 稱重傳感器的計(jì)算

　　受力工作原理圖見(jiàn)圖2所示。

　　將電阻應(yīng)變片粘貼到受力的鐵質(zhì)懸臂梁上，當(dāng)鐵質(zhì)懸臂梁受力產(chǎn)生變形時(shí)，應(yīng)變片產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變， 轉(zhuǎn)化成電阻變化。力引起的電阻變化將轉(zhuǎn)換為測(cè)量電路的電壓變化，通過(guò)測(cè)量輸出電壓的數(shù)值， 再通過(guò)換算即可得到所測(cè)量物體的重量。

　　電橋的四個(gè)臂上接工作應(yīng)變片，都參與機(jī)械變形，同處個(gè)溫度場(chǎng)，溫度影響相互抵消，電壓輸出靈敏度高。當(dāng)4個(gè)應(yīng)變片的材料、阻值都想同時(shí)，可推導(dǎo)出以下公式(圖3)：

　　三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

　　3.1 電路設(shè)計(jì)

　　3.1.1 STM32小系統(tǒng)電路

　　STM32F4微控制器集成了單周期DSP指令和FPU，提升了計(jì)算能力，可以進(jìn)行些復(fù)雜的計(jì)算和控制。

　　3.1.2 應(yīng)變式傳感器電路

　　電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換為△R/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)電阻變化般都很微小，難以直接測(cè)量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測(cè)量電橋。

　　3.1.3 信號(hào)放大和AD轉(zhuǎn)換電路

　　HX711是款為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，HX711將信號(hào)調(diào)整到A/D能采集的范圍，然后由A/D進(jìn)行采集，接著把采集到的24位高低電平通過(guò)DOUT送到單片機(jī)進(jìn)行處理。

　　四、測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果

　　4.1 測(cè)試方法

　　(1)用電子秤稱重不同重量的砝碼，范圍5.00g～500g，觀察顯示屏現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)并記錄，與砝碼的標(biāo)準(zhǔn)重量比較，計(jì)算出稱重誤差。

　　4.2 測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù))(表1)

　　五、結(jié)論

　　數(shù)據(jù)采集部分由應(yīng)變式傳感器電路，信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。在具體選擇傳感器時(shí)，考慮到稱重物品時(shí)必要的精度、準(zhǔn)確性要求，所稱物品的重量誤差必須要控制在定的范圍之內(nèi)，選擇的傳感器量程應(yīng)該比系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的大。由于傳感器的輸出信號(hào)中含有定的干擾噪聲，所以必須要對(duì)傳感器輸出的信號(hào)濾波。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 楊光祥.《STM32單片機(jī)原理與工程實(shí)踐》.武漢理工大學(xué)出版社，2013

　　[2] 黃智偉.大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽技能訓(xùn)練.[M] 北京航空航天大學(xué)出版社.

　　[3] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]，第五版高等教育出版社，2005.