介紹了在四片應(yīng)變電阻片組成的全橋電阻橋電路的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)較高精度簡(jiǎn)易電子稱的過(guò)程。 四片常用120Ω 精密鉑金應(yīng)變電阻片組成全橋電阻橋電路，通過(guò)調(diào)零電路、前級(jí)放大、低通濾波、后級(jí)精密放大、AD 采樣，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易電子稱的基本功能。論述了實(shí)現(xiàn)對(duì)懸梁臂的形變檢測(cè)，對(duì)微小信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大。 系統(tǒng)通過(guò)低通濾波器以及零漂移，自調(diào)零放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的抑制，以及對(duì)有用信號(hào)的放大與檢測(cè)。

本文介紹了一個(gè)以電阻應(yīng)變片為稱重傳感器的簡(jiǎn)易電子秤。 稱重范圍 5．00g～500g；重量小于 50g，稱重誤差小于 0．5g；重量在 50g 及以上，稱重誤差小于 1g，且可以數(shù)字顯示，具有去皮，設(shè)置單價(jià)（元／ 克），可計(jì)算物品金額并實(shí)現(xiàn)金額累加的功能。

1.硬件設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)以 STC89C52 為主控制器，通過(guò)程控功率放大電路和嘯叫檢測(cè)與抑制電路實(shí)現(xiàn)帶嘯叫抑制的音頻功率放大系統(tǒng)。 硬件電路主要包括電阻應(yīng)變式稱重傳感器、單片機(jī)、前級(jí)低噪聲放大、低通濾波器、后級(jí)精密放大，AD 采樣模塊。 用 Altium De-signer 設(shè)計(jì) PCB，具體系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。

擴(kuò)展的內(nèi)容主要有機(jī)械調(diào)零電路、 顯示屏接口、ADC 采樣基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生模塊。

1．1 傳感器電路電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用四片阻值同為 120Ω 的精密鉑金電阻應(yīng)變片組成全橋差動(dòng)電阻橋。 該電路輸出的是差分有用信號(hào)，因此后一級(jí)電路需要用差分放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)有用信號(hào)的放大。

1．2 前級(jí)放大電路模塊設(shè)計(jì)

如圖 4 所示為前級(jí)放大電路原理圖。

設(shè)計(jì)采用 AD620 是一款低成本、高精度儀表放大器，具有功耗低，噪聲小及供電范圍廣的特點(diǎn)，僅需要一個(gè)接在引腳 1 和 8 上的外部電阻 RG 來(lái)設(shè)置增益 ，增益范圍為 1 至 10000，并且該電路產(chǎn)生的噪聲和漂移也很低。

RG ＝ 49．4kΩ

G－1

AD620 的參考電壓為 2．5V，實(shí)現(xiàn)差分輸入 ，輸出時(shí)在差分放大信號(hào)上疊加直流參考電壓 2．5V。

1．3 低通濾波電路模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用 OPA333 是一款理想的具有自調(diào)零和零漂移功能的軌至軌輸出的精密放大器， 使用 OPA333 芯片搭建有源濾波器對(duì)電路進(jìn)行低通濾波。 因?yàn)榻?jīng)過(guò)前級(jí)放大電路，信號(hào)疊加有一個(gè)基準(zhǔn)電壓的直流分量， 低通濾波器并不會(huì)對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行衰減，可以有效地對(duì)電路中的高頻噪聲信號(hào)進(jìn)行衰減。

OPA333 的輸入電壓范圍為 1．8V～5．5V， 因此需要將其參考地設(shè)為 2．5V，實(shí)現(xiàn)以 2．5V 為基準(zhǔn)，對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行濾波。

1．4 后級(jí)放大電路模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用 OPA333 是一款理想的具有自調(diào)零和零漂移功能的精密放大器，使 OPA333 具有十分好的失調(diào)電壓，基本不會(huì)引入多余的噪聲。

OPA333 的輸入電壓范圍為 1．8V～5．5V，，因此需要將其參考地設(shè)為 2．5V，以滿足電路的需求，對(duì)交流小信號(hào)進(jìn)行放大。 使最終輸出電壓范圍在 2．5V～5V 之間變化。

OPA333 放大的要求是在滿足 AD 采樣輸入電平的情況， 盡量放大信號(hào)， 但是輸出的信號(hào)的范圍要在 2．5V 到 5V 之間，保證信號(hào)不會(huì)削頂失真。 要保留一定的裕量，保證放大器的正常工作，以及保證電子秤去皮功能的正常。

2.程序設(shè)計(jì)

本題主控芯片選用 STC89C52。 該款芯片具有操作簡(jiǎn)單，性能良好，性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。 由于 89C52 芯片未集成 AD 芯片，所以選用了一款 12 位 AD 采樣芯片 TLC2543。

程序主體思路是單片機(jī)通過(guò)輪詢方式， 查詢 AD 芯片數(shù)據(jù)采集情況及 4*4 矩陣鍵盤輸入情況。 通過(guò)計(jì)算將結(jié)果通過(guò)1602 液晶屏幕顯示出來(lái)。

功能一：通過(guò) AD 采樣電壓， 換算出重量； 功能二： 鍵入單價(jià)；功能三：去皮；功能四：累加；仿真截圖如圖 7。

3.簡(jiǎn)易電子稱數(shù)據(jù)測(cè)量

 時(shí)間：2016 年 7 月 26 日～2016 年 7 月 28 日 室內(nèi)溫度：28℃。

測(cè)試儀器為：UNI－T UT805A 萬(wàn)用表；MOTECH LPS305直流穩(wěn)壓電源；Tektronix TDS 1012 數(shù)字示波器。

3．1 測(cè)試方案與測(cè)試數(shù)據(jù)

首先為了得出系統(tǒng)輸出電壓與物體重量之間的關(guān)系， 假設(shè)輸出與放置的物體質(zhì)量之間存在線性關(guān)系， 對(duì)簡(jiǎn)易電子稱從空重開(kāi)始測(cè)量，驗(yàn)證它們之間是否滿足線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)。

使用隨機(jī)測(cè)量法對(duì)得出的輸出電壓與物體重量之間的關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)，先對(duì) 20g 之前的物體進(jìn)行全部抽樣測(cè)量，對(duì)之后的物體進(jìn)行隨機(jī)選擇質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，看顯示是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

3．2 誤差分析

由于采用 12 位 ADC 采樣輸出， 雖然 ADC 的精度已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是 ADC 直接采樣會(huì)有略微的誤差。 電路的噪聲、環(huán)境的噪聲，經(jīng)過(guò)放大電路會(huì)對(duì)最后的輸出造成較大的干擾。 由于輸入信號(hào)的電壓只有 μV 級(jí)別， 和運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓和溫漂都在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，以及使用的運(yùn)放的電阻的熱噪聲，都會(huì)對(duì)輸出造成影響。