為保持電子秤的精度，提出一種針對使用電阻式應(yīng)變傳感器的電子秤校準方法.使用C8051F350單片機和HAC-up 系列無線模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理，用AD8555芯片代替放大電路，且在不燒斷AD8555多晶硅熔絲的情況下實現(xiàn)校 準，整個系統(tǒng)集成度高且安裝簡單.實驗表明，整個系統(tǒng)校準后可恢復(fù)為初始精度.

電子秤上的重量傳感器因存在漂移，故需要 定期校準.目前用于電子秤的重量傳感器主要有電 阻式與電容式2種.電阻式傳感器精度高，價格低， 應(yīng)用廣泛.文中主要對采用電阻式傳感器的電子秤校準方法進行研究.

現(xiàn)階段，有些電子秤采用軟件校準的方法，往 往只能實現(xiàn)簡單的調(diào)零;有些電子秤可以對傳感器 實現(xiàn)硬件校準.電阻式傳感器的硬件校準需要模擬 相應(yīng)電阻的阻值，采取的主要方法有1)通過繼 電器或電子開關(guān)的組合得到可變電阻;2)用數(shù)字電 位器得到可變電阻;3)使用伺服電機驅(qū)動電位器得 到可變電阻;4)使用放大器、D/A轉(zhuǎn)換器和標準電阻 構(gòu)成電子合成電阻的方式.方法1)因串接了繼電器 而使準確度下降，且電路部分體積較大;方法2)由 于串入較大的開關(guān)導(dǎo)通電阻，使得準確度降低;方 法3)由于使用伺服電機，使得體積增大，采用高分 辨率的編碼器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，導(dǎo)致成本過高;方法

4)使用多種復(fù)雜的元器件，降低了電路集成度.

文中主要對電阻式傳感器的大中型電子秤采 用單片機進行改進.使用價格低、體積小的AD8555 芯片^替代采用電子元器件實現(xiàn)的運放電路來實現(xiàn) 硬件校準，這樣可有效減少元器件數(shù)量，降低體積， 以節(jié)省成本.有些電子秤需要將秤和控制臺分離，這 樣增加了控制臺與各個傳感器節(jié)點的連線，文中采 用無線數(shù)據(jù)傳輸來替代硬連線，這樣可大量減少傳 感器與中心系統(tǒng)的連線，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少 因連接問題帶來的故障。

1.硬件實現(xiàn)

針對電阻式應(yīng)變傳感器，采用AD8555放大器 替代放大電路，選用集成24bitA/D轉(zhuǎn)換器的 C8051F350單片機進行數(shù)據(jù)采集;使用微功率HAC- up系列無線模塊進行數(shù)據(jù)傳輸;應(yīng)用C8051F060[8] 單片機接收并顯示數(shù)據(jù).系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖1所 示，共有8個節(jié)點，節(jié)點向主機發(fā)送數(shù)據(jù)，主機對這8 個節(jié)點的數(shù)據(jù)進行處理，顯示質(zhì)量，同時主機可以對 每個節(jié)點實現(xiàn)校準功能.

1.1主機與節(jié)點組成

節(jié)點組成如圖2所示，傳感器輸出信號經(jīng)過AD8555放大后，傳輸給單片機C8051F350進行A/ D轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)進行采集、處理;處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過 無線模塊發(fā)送給主機；主機接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)寫入AD8555，然后將數(shù)據(jù)進行保存.

主機總體設(shè)計如圖3所示，將運算得到的相應(yīng) 數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上.可以操作鍵盤，將數(shù)據(jù)保存到 U盤或EEPROM，而且可通過串口與電腦進行通信。

1.2 AD8555與單片機接口

AD8555與單片機的接口如圖4所示.單片機在 信號采集過程中，傳感器產(chǎn)生的信號送入AD8555， 放大后的信號送入C8051F350單片機中的A/D轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換和處理.在校準過程中，C8051F350將 AD8555參數(shù)通過P0.0修改AD8555內(nèi)部參數(shù).本 設(shè)計中，在Klt/Digout和Vss之間連接一個10 nF夕卜部電容，可實現(xiàn)1 kHz的低通濾波器.

1.3無線模塊與單片機接口

無線模塊與單片機之間的接口如圖5所示，左 側(cè)框為與節(jié)點的接口方式，右側(cè)框為主機的接口方 式.TXD與RXD為數(shù)據(jù)通訊的端口 ； SLEEP端口是 讓HAC -up無線模塊進入休眠狀態(tài);RESET端口是0 接口電路

重新啟動HAC-up無線模塊..

2.校準實現(xiàn)

應(yīng)用AD8555芯片實現(xiàn)對電子秤上的傳感器進 行校準.AD8555的放大倍數(shù)可調(diào)，一旦調(diào)整好 AD8555參數(shù)就燒斷多晶硅熔絲，實現(xiàn)增益永久設(shè) 定.在此用C8051F350的內(nèi)部flash保存AD8555的 參數(shù)，不燒斷多晶硅熔絲，需要校準時，通過多次調(diào) 整AD8555的放大倍數(shù)，實現(xiàn)對傳感器的校準，并在 校準后刷新C8051F350的內(nèi)部flash保存AD8555 的參數(shù)

2.1AD8555的放大倍數(shù)調(diào)整

AD8555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6所示.AD8555提供了從傳感器到ADC的完整信號路徑它包括1個由 3個自動調(diào)零放大器（A1、A2、A)構(gòu)成的儀表放大 器、用于調(diào)節(jié)2級增益的數(shù)字電位器、1個用于調(diào)節(jié) 失調(diào)的DAC、開路和短路檢測電路、1個保護控制 系統(tǒng)的輸出箝位電路和一個后備的低通濾波器.

2.2校準的具體方法

校準時，將測量的關(guān)鍵節(jié)點的A/D轉(zhuǎn)換內(nèi)碼統(tǒng) 一成規(guī)定的校準規(guī)范碼在介紹校準方法之前，首先 要規(guī)范化電子秤傳感器的碼制，例如，電子秤的最大 量程為100kg，規(guī)定在電子秤上有100kg重物時， 校準規(guī)范碼為200 000，這樣50 kg的校準規(guī)范碼為 100 000，0 kg的校準規(guī)范碼為0如果傳感器發(fā)生變 化，在100 kg的時候標準規(guī)范碼不是200 000，而是 205 000調(diào)整AD8555，使其重新回到200 000，這樣 就實現(xiàn)對數(shù)據(jù)校準.

傳感器的電壓輸出變化曲線如圖7所示，其不是線性變化，而是呈曲線變化.這里采用分段的方法 對壓力傳感器的曲線進行校準，如圖8所示.校準時，分別在傳感器的0點、滿量程的25%、滿量程的 50%、滿量程的75%和滿量程取點.以零點為例，硬 件校準順序為：

AD8555由DIWN引腳接收來自C8051F060

的1級增益校準參數(shù)，并帶入式(2)得到1級增益；

接收2級增益校準參數(shù)，得到2級增益放大 倍數(shù);接收失調(diào)電壓參數(shù)，帶入式(3)得到輸出失調(diào) 電壓；

根據(jù)式(1)、(4)得到輸出電壓.

檢查A/D轉(zhuǎn)換后的輸出電壓是否滿足0點的 校準規(guī)范碼，如果滿足，則在C8051F350的flash中 保存0點的1級增益、2級增益與失調(diào)電壓的參數(shù)； 否則修改參數(shù)重新執(zhí)行，直至滿足要求為止.

由以上步驟可以分別得到在傳感器的0點、滿 量程的25%、滿量程的50%、滿量程的75%和滿量程 的AD8555相關(guān)參數(shù).通過AD8555對傳感器輸出分 段放大，重新擬合出傳感器的曲線，實現(xiàn)硬件校準.

每個節(jié)點的校準規(guī)范碼通過無線模塊傳輸給 C8051F060單片機，C8051F060單片機不需要復(fù)雜 的運算，就可以得到質(zhì)量.例如滿量程T，滿量程對 應(yīng)的標準規(guī)范碼為S，稱重重物G，對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換 內(nèi)碼為N那么重物G的質(zhì)量為 G=T/SxN.

2.3校準過程

電子秤的校準要嚴格遵守校準過程，否則電子 秤的測量可能會出現(xiàn)混亂.

1）校準時，開機預(yù)熱20 min (使用時不需要預(yù)熱);

2）主機選擇待校準節(jié)點；

3）輸入滿量程，和滿量程的校準標準碼，選擇 去皮；

4）在這個節(jié)點放上滿量程25%的砝碼，穩(wěn)定 后，主機選擇設(shè)置功能，一段時間后主機顯示砝碼 的質(zhì)量；

5）去掉這個砝碼，主機選擇設(shè)置功能，一段時 間后主機顯示0，表示25%點的AD8555參數(shù)設(shè)置 成功，并保存；

6）滿量程的50%、75%、100%各點的AD8555參 數(shù)設(shè)置重復(fù)步驟3)、4)，校準完成.

2.4軟件設(shè)計

C8051F060通過無線模塊實現(xiàn)與各個節(jié)點的通訊，其軟件結(jié)構(gòu)如圖9所示.系統(tǒng)軟件的模塊主要包 括系統(tǒng)控制、采樣數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示和數(shù)據(jù)庫.通過該軟件，可以顯示數(shù)據(jù)、節(jié)點校準，設(shè)定采集端ADC 的采樣頻率和串行通訊的波特率，控制采集的開始 和停止，決定何時開始存儲數(shù)據(jù).

3.系統(tǒng)驗證與誤差

將無線傳感器校準技術(shù)應(yīng)用于量程為100 kg 的電子秤，對每個傳感器校準后，取11個參考點， 測得的數(shù)據(jù)如表2所示。

經(jīng)過半年的使用后，對電子秤進行校準后，測 得的數(shù)據(jù)如表3所示.

4.結(jié)束語

實驗表明，電子秤經(jīng)過半年使用后，測量結(jié)果 會產(chǎn)生較大的偏差.經(jīng)過校準后，精度恢復(fù)到和初始狀態(tài)一致，保持了電子秤的原有精度.采用AD8555實現(xiàn)校準。這種方式不僅可以應(yīng)用在電子秤系統(tǒng)

中，還可以應(yīng)用于溫度系統(tǒng)、力測量系統(tǒng)等，只要是使用電阻類應(yīng)變傳感器的系統(tǒng)都可以采用這種方式，在有些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中也可以應(yīng)用這種校準方式.這種方法可以有效地減少電子秤的連線，同時實現(xiàn)電子秤的校準.