利用應(yīng)變式傳感器、ＨＸ７１１、ＡＴ８９Ｃ５１模塊來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)顯稱重儀，介紹了稱重儀的設(shè)計(jì)方案以及實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

本文設(shè)計(jì)的數(shù)顯稱重儀是基于電阻應(yīng)變式傳感器、以單片機(jī)為控制核心的稱重控制顯示系統(tǒng)，測(cè)量范圍為０－１０ｋｇ，測(cè)量精度±２ｇ，液晶屏顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)可將多次測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)串口送計(jì)算機(jī)顯示。該系統(tǒng)具有精度高、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。稱重儀設(shè)計(jì)框圖如下圖１所示：

1.硬件電路設(shè)計(jì)

１．１ 稱重傳感器

電阻應(yīng)變式稱重傳感器由電阻應(yīng)變片、彈性體和檢測(cè)電路等幾個(gè)主要部分組成。彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。

檢測(cè)電路如圖２所示，將電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便地解決稱重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。

稱重傳感器一般有輸入輸出共四根線，輸出電阻一般為３５０Ω、４８０Ω、７００Ω、１０００Ω，輸入端一般會(huì)進(jìn)行一些溫度、靈敏度的補(bǔ)償，輸入端電阻會(huì)比輸出端高２０～１００Ω，因此用萬(wàn)用表量一下電阻值可以判斷出輸入輸出端子。

１．２ 放大電路

應(yīng)變式稱重傳感器輸出信號(hào)幅度很小（ｍＶ甚至 μＶ 量級(jí)），且常常伴隨有較大的噪聲。對(duì)于這樣的信號(hào)，電路處理的第一步通常是采用儀表放大器先將小信號(hào)放大。儀表放大器電路比簡(jiǎn)單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。放大的最主要目的不是增益，而是提高電路的信噪比。本設(shè)計(jì)中儀表放大器采用了 ＯＰ０７三運(yùn)放的結(jié)構(gòu)。如圖３所示。

當(dāng) Ｒ１＝Ｒ２，Ｒ３＝Ｒ４，Ｒｆ＝Ｒ５，電路的增益為：Ｇ＝（１＋２Ｒ１／ＲＧ１）（Ｒｆ／Ｒ３）。由公式可見(jiàn)，電路增益的調(diào)節(jié)可以通過(guò)改變ＲＧ１阻值實(shí)現(xiàn)。

１．３ Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換電路

Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器采用電子秤專(zhuān)用芯片 ＨＸ７１１，這是一款專(zhuān)為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的２４位Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn)換器芯片。與同類(lèi)型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類(lèi)型芯片所需要的外圍電路。

輸入選擇開(kāi)關(guān)可任意選取通道 Ａ 或通道Ｂ，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道 Ａ的可編程增益為１２８或６４，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為 ±２０ｍＶ 或 ±４０ｍＶ。通道 Ｂ則為固定的３２增益，所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電壓為±８０ｍＶ。通道Ｂ 應(yīng)用于包括電池在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。本設(shè)計(jì)將儀表放大器輸出接至通道Ａ 模擬差分輸入端，如下圖４所示。

1.4單片機(jī)及接口電路

單片機(jī)采用 ＡＴ８９Ｃ５１芯片，與按鍵、液晶、計(jì)算機(jī)接口電路如圖５所示。ＨＸ７１１串口通訊線接至單片機(jī)p1.0、p1.1口。經(jīng)單片機(jī)處理后,將稱重?cái)?shù)據(jù)送液晶顯示。同時(shí)將多次測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)串口送計(jì)算機(jī)顯示。

2.軟件設(shè)計(jì)

稱重儀的程序主要包括主程序、Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn)換子程序、液晶顯示子程序以及串口通訊子程序。其中 Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換子程序尤為重要，選擇不同的輸入通道和增益，對(duì)應(yīng)的程序也不同，選擇 Ａ 通道，增益為１２８的程序如下。

ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇＲｅａｄＣｏｕｎｔ（ｖｏｉｄ）

｛ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇＣｏｕｎｔ；ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｉ；ＡＤＳＫ＝０；／／ＡＤＳＫ 是ｈｘ７１１時(shí)鐘引腳，起

始低電平Ｃｏｕｎｔ＝０；ｗｈｉｌｅ（ＡＤＤＯ）；

ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜２４；ｉ＋＋）／／循環(huán)２４次，讀取

ｈｘ７１１的２４位輸出二進(jìn)制數(shù)字量

｛ＡＤＳＫ＝１；Ｃｏｕｎｔ＝Ｃｏｕｎｔ＜＜１；ＡＤＳＫ＝０；ｉｆ（ＡＤＤＯ）Ｃｏｕｎｔ＋＋；

｝

ＡＤＳＫ＝１；

Ｃｏｕｎｔ＝Ｃｏｕｎｔ＾０ｘ８０００００；／／第２５個(gè)脈沖，對(duì)Ｃｏｕｎｔ進(jìn)行補(bǔ)碼處理

ＡＤＳＫ＝０；ｒｅｔｕｒｎ（Ｃｏｕｎｔ）；／／ＲｅａｄＣｏｕｎｔ（ｖｏｉｄ）子程序返回值為讀取的Ｃｏｕｎｔ的２４位數(shù)據(jù)量

｝

3.電路實(shí)施中應(yīng)注意的問(wèn)題

（1）檢測(cè)傳感器的輸入輸出特性往往只在一定范圍內(nèi)近似線性，而在有些范圍內(nèi)明顯呈非線性。因此需要準(zhǔn)備大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，以備軟件進(jìn)行分段處理。

（2）本次稱重傳感器的最大輸出信號(hào)僅為4mV左右，而我們采用的儀表放大電路是由三運(yùn)放及電阻、電位器構(gòu)成，運(yùn)放選擇、電阻阻值的精度、PCB布線等因素都會(huì)比集成儀表放大器產(chǎn)生更大的失調(diào)電壓漂移誤差，因此必須在軟件硬件實(shí)施中采取措施減少誤差。

4.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，尋找一個(gè)合適的綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 作為課程教學(xué)與今后職業(yè)崗位之間的橋梁，數(shù)顯稱重儀不失為一個(gè)典型案例。上述電路只需更改前面的傳感器，即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫、測(cè)電壓、測(cè)電流等其它功能，適用性強(qiáng)。