基于電阻應變片傳感器的數字電子秤設計

盧麗君

仙桃職業學院機械電子工程學院，湖北仙桃，433000

基于電阻應變片傳感器的數字電子秤設計

盧麗君

仙桃職業學院機械電子工程學院，湖北仙桃，433000

本設計以MSP430F5529單片機為控制核心，由電阻應變片檢測電路、儀表放大電路等組成。以電阻應變片為傳感器裝置，將壓力轉換為電壓信號，經過儀表放大器INA333放大后，輸入含有16位AD轉換精度的MSP430單片機，進行數據處理。電子秤稱重范圍為5.00g～500g，誤差小于0.5 g，實現了金額累加、查詢、去皮功能。

電阻應變片；MSP430F5529單片機；INA333放大器

基于電阻應變片的電子秤設計首要問題是如何通過電橋電路將電阻應變片產生的微小變化轉換為電壓的變化 ，并且在放大差模信號的同時又能有效的抑制共模信號。為此，選擇共模抑制比較高的器件INA333，為了達到精度控制在1%，在稱重傳感器量程范圍內，使用 12位的模數轉換器，同時采用3.3V線性穩壓電源，就可以測得較為精確的數據。為防止電沖擊，白噪聲，工頻干擾或者射頻干擾對測量的電壓值產生干擾，適當添加濾波電路，確保測試數據的準確性。

1 總體設計框圖

本設計利用電阻應變片傳感器檢測被測物體的重量，再由放大電路把來自傳感器的微弱信號進行放大，傳給單片機進行A/D轉換和數據處理，最后由紅外鍵盤輸入單價和功能選擇，12864液晶屏顯示重量和金額。總體設計框圖如下圖1所示。

圖1 電子秤總體設計圖

2 應變片的理論分析與計算

電阻應變片傳感器是將被測物體的重量變化轉換成電阻值的變化，其電阻變化范圍為0.0005～0.1歐姆。所以測量電路應當能精確測量出很小的電阻變化，在電阻應變傳感器中最常用的是橋式測量電路。橋式測量電路有四個電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓E，另一個對角線為輸出電壓Ug，由公式1計算。其特點是，當四個橋臂電阻達到相應的關系時，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。

公式2是全橋式電路的輸出，也就是由壓力轉換而來的電信號,計算驗證， 全橋電路的靈敏度是單臂電橋的四倍。

3 電路分析與設計

3.1 電阻應變片檢測電路

當應變片受力變形時，金屬絲的長度和橫截面積也隨著應變片一起變化，從而發生電阻變化， 全橋電路靈敏度高，其電路連接如下圖2所示。

圖2 電阻應變片全橋電路

3.2 放大電路

采用的集成運放INA333，輸出端加入C1、C2是為了進一步去掉紋波，R1為反饋電阻，其電路設計如下圖3所示。

圖3 放大電路

4 軟件設計

本設計的主流程圖如圖4所示，稱重子程序流程圖如圖5所示。

圖4 主流程圖

圖5 稱重子程序流程圖

5 測試結果

5.1 5g～500g范圍測試

將電子秤保持水平，依次將重量為5g～500g范圍內的標準砝碼放入托盤中，觀察并記錄液晶屏上顯示的數據、計算出稱重誤差，測試數據如表1所示。

表1 5g～500g范圍測試數據

根據測試數據可知，稱重在5～500g之間誤差為0.4g。

5.2 金額累加測試

計算物品金額并實現金額累加測量數據如表2所示：

表2 物品金額并實現金額累加測量數據

根據上表2數據得出，電子秤可以實現物品金額計算并實現金額累加測量。

5.3 去皮功能測量

去皮功能測量數據如表3所示：

表3 去皮功能測量數據

根據上表3數據得出，電子秤可以實現去皮功能。去皮重量小于100克。

6 總結

測試結果表明，電子秤具有顯示、測量、計算金額以及金額累加等功能。重量小于50g，稱重誤差小于0.2g；重量在50g及以上，稱重誤差小于0.5g。

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