本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于TM4的簡易電子秤。電子秤以TM4為控制核心；運(yùn)用電阻應(yīng)變片搭成的單電橋和鈦合金懸梁臂作為稱重傳感器；同時(shí)以INA128來對微小電壓進(jìn)行差分放大；后級(jí)以OPA227作為減法器對電子秤進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)；并使用ADS1110進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，送入TM4進(jìn)行處理后在TFT彩屏進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)稱重，計(jì)價(jià)，去皮等功能。數(shù)據(jù)處理上對AD采樣的電壓值與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行MATALB擬合、分析，得出其變化關(guān)系。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

電子稱是進(jìn)行稱重的現(xiàn)代化工具，在生產(chǎn)生活中廣泛使用，精度是其設(shè)計(jì)的核心與難點(diǎn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡易電子秤通過特制稱重傳感器模塊實(shí)現(xiàn)壓力與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，信號(hào)處理模塊抑制共模信號(hào)放大微弱信號(hào)，并加入調(diào)零電路，后級(jí)高精度16位AD數(shù)據(jù)采集處理模塊有效保證精度，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)0-500g范圍內(nèi)的精確稱重，誤差0.5g，精度可達(dá)1%。另外系統(tǒng)采用TM4作為控制核心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并通過雙TFT彩屏進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)顯示。

系統(tǒng)由稱重傳感器模塊，信號(hào)處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，控制模塊，顯示模塊及電源模塊組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器模塊

重量作為力學(xué)信號(hào)需要變?yōu)殡娦盘?hào)才可以進(jìn)行采集。通過電阻應(yīng)變片可實(shí)現(xiàn)這一過程，但電阻應(yīng)變片有效應(yīng)變范圍（300±0.2Ω），阻值變化非常微弱，使用單電橋放大電壓信號(hào)；同時(shí)粘貼應(yīng)變片的金屬材質(zhì)也對靈敏度有很大影響，本系統(tǒng)使用彈性好、恢復(fù)性佳的鈦合金板作為稱重桿，使系統(tǒng)靈敏度得到很大提高。

2.2 信號(hào)處理模塊

電橋輸出的差分信號(hào)仍然很微弱另外存在較大共模干擾及失調(diào)電壓，需要加以處理，其包含信號(hào)放大及調(diào)零電路。

信號(hào)放大電路：電橋輸出的差分信號(hào)共模干擾較大，采用TI公司的儀表放大器INA128對電橋輸入的差分信號(hào)進(jìn)行放大，有效抑制共模信號(hào)；電橋輸出信號(hào)微弱，需要進(jìn)行放大，采用多級(jí)放大電路實(shí)現(xiàn)約60dB增益。由噪聲公式知第一級(jí)放大倍數(shù)應(yīng)盡量大以減小總噪聲，綜合考慮，第一級(jí)用INA128實(shí)現(xiàn)50倍放大（Rg=1k），第二級(jí)使用低噪聲運(yùn)放OPA227反相放大，微調(diào)放大倍數(shù)，同時(shí)對電源進(jìn)行去耦處理，濾除交流干擾。該放大電路噪聲低，共模抑制比高，有效放大差模信號(hào)。電路如圖2所示。

信號(hào)調(diào)零電路：電橋傳感器具有固有失配，橋式電阻傳感器有固有電壓差，為了對信號(hào)進(jìn)行更好檢測計(jì)算，需要調(diào)零電路。信號(hào)放大后接減法器進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)，很好的解決了系統(tǒng)的非線性問題，從而提高精度。調(diào)零電路如圖3所示。

2.3 數(shù)據(jù)采集模塊

AD采樣分辨率是高精度測量的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)0-500g范圍0.5g的最大誤差則AD分辨率需在10位以上。采用TI公司的16位精密ADC：ADS1110。

2.4控制、顯示及電源模塊

控制模塊選用TI公司32位單片機(jī)TM4；顯示模塊選用兩塊TFT彩屏，一路作為總顯示器（銷售者視角）顯示菜單及詳細(xì)設(shè)置信息，一路作為副顯示器（購買者視角）僅顯示單價(jià)重量等信息，具有人性化設(shè)計(jì)；電源模塊略。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為：AD采樣數(shù)據(jù)處理；LCD簡單圖形界面顯示；鍵盤輸入設(shè)置。主要流程如圖4所示。

TM4對AD采樣的信息進(jìn)行數(shù)字濾波經(jīng)多次采樣取均值處理得到結(jié)果，以提高精度；

簡單圖形界面由不同界面窗口及窗口控件（按鍵）組成；主界面和設(shè)置界面通過鍵盤直觀明了的進(jìn)行數(shù)據(jù)功能設(shè)置；主界面負(fù)責(zé)顯示：物品名稱，單價(jià)，重量，物品總價(jià)；設(shè)置界面能夠設(shè)置不同物品的單價(jià)，去皮功能；

4.測試結(jié)果分析

為了檢測系統(tǒng)精度，對1g-500g中每隔5g增加砝碼進(jìn)行稱重，穩(wěn)定后顯示屏顯示ADC采集到的實(shí)際數(shù)據(jù)，共取得49個(gè)點(diǎn)，通過MA-TALB軟件對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，由擬合的結(jié)果（圖5）分析可得：設(shè)計(jì)的電子秤采樣值和實(shí)際重量大約成線性變化，且具有較高的精度。

5.結(jié)語

本系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了高精度簡易電子稱的制作。在材質(zhì)方面，我們選擇了彈性極佳的鈦合金；電路上使用儀表放大器抑制共模、降低噪聲，添加調(diào)零電路；使用高精度AD采樣并使用MATALB進(jìn)行擬合分析都有效提升了精度。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)1-500g稱重，最大誤差0.5g，精度達(dá)1%。