基于电阻应变片式传感器的电子秤设计与实现

基于电阻应变片式传感器的电子秤设计与实现

史亚光

集贤县市场监督管理检验检测中心黑龙江双鸭山155900

摘要:在电子秤系统设计中,主要需要设计电子秤的软硬件电路,并且需要做好软硬件调试工作,最后进行称重测试｡硬件部分主要核心为51单片机,在试验当中使用stc89S152作为控制单片机对数据处理进行控制,数据采集过程中通过放大电路进行放大,使用24位ad芯片hx711进行模数转换,转化工作结束之后,再在单片机当中进行处理,通过LCD12864对其数据进行显示｡最后达到的要求是如果称重范围是在5到500克,如果重量小于5克的时候,控制器称重误差不大于0.5克,如果称重重量在0-50十克以上的过程中控制其误差小于1克,这种电子秤具有可以数字显示､金额自动累加､自动计价､去皮､快速方便等诸多优点｡

关键词:STC89S52RC;AD转换;电阻应变片;电子秤

引言

称重设备在国民经济发展过程中应用非常广泛,对称重设备的要求也逐步提高,比如说要求称重设备具有很高的精度和抗干扰能力,以前的电子秤一般情况下都是有模拟电路来进行实现的,伴随当前数字芯片发展的速度进一步加快,逐步开始取代模拟控制,电子设计过程中,逐步使用单片机为核心处理器｡这样可以让电子秤的可靠性和精度大大提高｡本文主要以电阻应变片为主要信号采集装置,以stc89s52为单片机对其进行控制,设计一款便携式智能电子设备｡

1电阻应变片式电子秤的基本组成单元

电子秤主要通过物体重力来对物体的质量进行确认,也可以对与质量相关的其他特征参数量的大小进行确认,基本组成单元有以下几个｡第一是承重传力复位系统,这套系统主要用于物体和转换元件之间进行机械传力,主要功能有承受物体的载荷､限位､减震､具有全桥结构等｡其次是称重传感器也就是将非电为量转化为电为量的传感器｡这种传感器需要确定输出量和输入量保持一致,线性效果较好,灵敏度较高,在称重过程中｡不会受到物体状态的影响,在较差的条件下,也能具有很好的稳定性｡第三是测量显示和数据输出载荷测量装置,这种装置主要包含了电子线路,比如说调节器､补偿元件､转换模模块､放大器以及一些指示部件｡

1.1系统总体设计分析

本系统当中主要有数据显示､放大转换､测量控制､键盘､电池等多部分组成,以下为设计总框图｡

1.2电阻应变片式电子秤的基本工作设计原理

如果物体被放到称重平台上,电阻应变片传感器就会出现一定的形变而传感器会将这些力效应转化为电效应,也就是随着重力的变化依照被测物体的重力变化形成一个模拟电信号,这个信号相当微弱,经过滤波放大之后,再通过ad转换,可以将其转化为数字信号,最后通过mcu对其进行处理,简单说来就是mcu实时扫描各功能开关和键盘,依照键盘输入情况以及功能开关的状态进行分析和判断,读取重量数据,利用软件程序对算法进行控制,最后在液晶屏上显示结果｡

2电阻应变片式电子秤的硬件设计

在整个电路当中,硬件设计是非常重要和关键的,具体的功能设计图如下｡下面进行一一阐述｡

图3传感器工作原理图

测量应变片的时候,首先要将其粘贴在弹性体上,如果弹性体出现变形,应变片也会随之出现变形,其阻值会产生一定的变化,利用这种电路可以将重力信号变成电流信号或者电压信号,根据上图我们可以通过惠更斯电桥对输出信号电压进行运算,如果弹性体承受载荷出现形变的时候其电压如下图所示｡

本次研究的电阻式应变片,传感器特点鲜明,优势明显,频率响应好,结构小巧,精度较高,应用和测量范围广,使用方便,可以适应很复杂的环境,在强磁场､高温高压等条件下均可使用,很适合进行自动化测量｡

2.2A/D转换器分析

ad转换模块在整个系统当中扮演着最重要的角色,hx711芯片是一种专门针对电子秤而研发的高精度24位ad转换模块,和其他芯片相比,各种芯片不单单能够让电子秤的整体成本大大降低,还能让整机的可靠性和性能大大提高｡芯片和后端的mcu的编程和接口都相对较简单,控制信号都通过管脚进行驱动,不需要对芯片进行扩展配置编程,可以任意选择a通道或b通道作为数据读取通道,在低噪音条件下,可以与放大器相连,通道a的可编程增益达到了64位或者128位,满额度差分输入信号幅度分别是±40,和±20毫伏,通道b具有一个固定的23位增益,可以检测系统参数,芯片内部还有稳压电源,可以直接给芯片的ad转换器供电,也可以对外输出,所以系统板上不需要额外进行模拟电源的设置,芯片内的时钟震荡器不需要任何外接器件连接自动复位功能,大大简化了开机初始化过程｡

2.3键盘处理电路设计

因为电子秤需要对单价进行设置,所以需要设置十个数字键,另外还需要设置计价､去皮､删除､确认等诸多功能,以及系统需要的复位功能,共计17个按键｡键盘拓展方案通过矩阵键盘来实现,矩阵键盘的结构是将检测线分为两组,行线一组,列线一组｡把按键设置在行列线的交叉点上,如果键盘数量超过8的时候,就可以通过矩阵键盘来实现,与本设计实际情况相结合,16个按键通过4×4矩阵键盘,另外一个复位键通过独立键盘来实现｡

2.4报警电路分设计

如果被测物体的重量已经超过设计阈值的时候,可以通过单片机中的io控制蜂鸣器发出警报声,并且可以通过三极管连通led,使其闪烁报警｡

3电阻应变片式电子秤软件设计

在设计过程中,软件的设计思路是充分将单片机控制的优势发挥出来,让称重过程中的一系列要求得以实现,使系统的可靠性提高,软件部分主要分成六个子程序模块,主要是主控制程序､报警程序､显示程序､键盘扫描控制程序､数据转换程序,主程序主要包含了系统初始化以及如何对子程序进行调用,ad转换程序主要是应用在系统运行的过程中将获取的传感器信号从模拟量变成数字量,并且输入到单片机要求的程序计算流程当中,数据转换程序主要是做数据转换的工作,键盘扫描主要对案件编码进行控制,依照编码获取键盘按下过程中的数值,并且将其存储到对应的存储单元当中,再依照相关功能进行处理,显示模块主要用于对数据进行显示,报警模块主要功能是实现当前数值和设定值的比较,如果超过设定值就需要报警,蜂鸣器发出报警声,报警灯闪烁｡

结束语

基于电阻应变片进行电子秤设计具有使用简单､准确度高､灵活性好等特点,能够将传感器设备数字显示技术以及单片机控制技术集于一体｡具有很好的推广价值和应用价值,值得进行研究和分析｡

参考文献

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