基于A/D芯片HX711的自制橋式傳感器

劉磊

摘要：橋式傳感器是汽車衡、軸重秤和倉儲秤的一種常用傳感器，運用AD芯片HX711自制橋式傳感器，研究其測量精度與激勵電壓的關系，并通過實驗找出滿足系統測量精度要求情況下的激勵電壓值。

關鍵詞：橋式傳感器；HX711；激勵電壓

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0089-01

1 概述

HX711是一款專為高精度電子秤而設計的 24 位 A/D 轉換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優點[1][2]。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。本文通過運用HX711自制橋式傳感器，并研究激勵電壓與測量精度之間的關系。

2 芯片描述

HX711芯片與后端 MCU 芯片的接口和編程相對簡單，基本控制信號由管腳驅動，無需對芯片內部的寄存器編程。輸入選擇開關可任意選取通道A或通道B，與其內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，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為±20mV或±40mV。通道B則為固定的32增益，用于系統參數檢測。芯片內提供的穩壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內的A/D轉換器提供電源，系統板上無需另外的模擬電源。芯片內的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復位功能簡化了開機的初始化過程。

HX711 芯片內的穩壓電路可同時向A/D轉換器和外部傳感器提供模擬電源。穩壓電源的供電電壓（VSUP）可與數字電源（DVDD）相同。穩壓電源的輸出電壓值（VAVDD）由外部分壓電阻R1、R2 和芯片的輸出參考電壓VBG決定，即

（1）

根據使用手冊，應選擇輸出電壓比穩壓電源的輸入電壓（）低至少100mV。

由HX711芯片內部框圖可知，應變傳感器的差分信號首先進入一個可編程增益的放大器模塊（PGA）然后進入24位模數轉換器（ADC）。根據芯片手冊，差分信號的輸入范圍為：±0.5（AVDD/GAIN），因而AD芯片輸入電壓范圍均正比于激勵電壓。

3 自制橋式電路

如圖1所示，自制橋式電路用以模擬橋式應變傳感器的工作，橋臂電阻RA，RB，RC，RD為10K精密電阻，R5，R6，R7為25歐姆左右的色環電阻，為了方便測量，通過控制撥碼開關可以使橋式電路失去平衡，產生一個穩定的微弱輸出信號，通過接插件P1連接到HX711模塊進行測量。

4 實驗方法及結果

如圖2所示，橋式電路的輸出作為HX711模擬輸入（A-in），使用 FLUKE-8846A 6.5位高精度數字多用表測量，同時51實驗板將采樣的數據以數字量的形式（D-out）通過串口傳輸到電腦上（為了方便起見，D-out統一為16位），將數字量按照規則轉換成模擬量（A-out），通過比較測量數據（A-in）和輸出的數據（A-out）之間的差別（暫定絕對誤差）來判斷測量誤差。由于橋式電路輸出正比于激勵電壓（AVDD），故規定絕對誤差與激勵電壓的比值為誤差率。

實驗所用的工具和設備包括：FLUKE8846A 6.5位高精度數字多用表，直流電壓源，51單片機實驗板和自制的橋式電路。實驗步驟如下：

（1）令R1=24K，R2=16K，則通過計算AVDD≈3.125V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關設置）的模擬輸入（A-in）和數字輸出（D-out）；

（2）令R1=27K，R2=16K，則通過計算AVDD≈3.36V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關設置）的模擬輸入（Ain）和數字輸出（D-out）；

（3）令R1=30K，R2=16K，則通過計算AVDD≈3.594V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關設置）的模擬輸入（A-in）和數字輸出（D-out）；

（4）令R1=36K，R2=16K，則通過計算AVDD≈4.0625V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關設置）的模擬輸入（A-in）和數字輸出（D-out）；

（5）令R1=43K，R2=16K，則通過計算AVDD≈4.61V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關設置）的模擬輸入（A-in）和數字輸出（D-out）；

如表1所示，通過實驗結果，自制橋式傳感器的激勵電壓與絕對誤差隨著模擬輸入的增加，呈線性增長并逐漸收斂，并在3.3v的供電電壓具有良好的測量精度。

參考文獻

[1]廉德欽.基于交流電橋的動態微弱電容檢測電路[J].電測與儀表，2012，（7）：89-92.

[2]孫杰.智能橋式傳感器儀表電路的設計[J].儀表技術與傳感器，2004，（3）：35-36.