利用應變式傳感器、ＨＸ７１１、ＡＴ８９Ｃ５１模塊來設計數顯稱重儀，介紹了稱重儀的設計方案以及實施過程中應注意的問題。

本文設計的數顯稱重儀是基于電阻應變式傳感器、以單片機為控制核心的稱重控制顯示系統，測量范圍為０－１０ｋｇ，測量精度±２ｇ，液晶屏顯示測量數據，同時可將多次測量數據通過串口送計算機顯示。該系統具有精度高、性能穩定、操作簡便等特點。稱重儀設計框圖如下圖１所示：

1.硬件電路設計

１．１ 稱重傳感器

電阻應變式稱重傳感器由電阻應變片、彈性體和檢測電路等幾個主要部分組成。彈性體在外力作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應變片也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發生變化（增大或減小），再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。

檢測電路如圖２所示，將電阻應變片的電阻變化轉變為電壓輸出。因為惠斯登電橋具有很多優點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向力干擾，可以比較方便地解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用。

稱重傳感器一般有輸入輸出共四根線，輸出電阻一般為３５０Ω、４８０Ω、７００Ω、１０００Ω，輸入端一般會進行一些溫度、靈敏度的補償，輸入端電阻會比輸出端高２０～１００Ω，因此用萬用表量一下電阻值可以判斷出輸入輸出端子。

１．２ 放大電路

應變式稱重傳感器輸出信號幅度很小（ｍＶ甚至 μＶ 量級），且常常伴隨有較大的噪聲。對于這樣的信號，電路處理的第一步通常是采用儀表放大器先將小信號放大。儀表放大器電路比簡單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。放大的最主要目的不是增益，而是提高電路的信噪比。本設計中儀表放大器采用了 ＯＰ０７三運放的結構。如圖３所示。

當 Ｒ１＝Ｒ２，Ｒ３＝Ｒ４，Ｒｆ＝Ｒ５，電路的增益為：Ｇ＝（１＋２Ｒ１／ＲＧ１）（Ｒｆ／Ｒ３）。由公式可見，電路增益的調節可以通過改變ＲＧ１阻值實現。

１．３ Ａ／Ｄ轉換電路

Ａ／Ｄ轉換器采用電子秤專用芯片 ＨＸ７１１，這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。

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，所對應的滿量程差分輸入電壓為±８０ｍＶ。通道Ｂ 應用于包括電池在內的系統參數檢測。本設計將儀表放大器輸出接至通道Ａ 模擬差分輸入端，如下圖４所示。

1.4單片機及接口電路

單片機采用 ＡＴ８９Ｃ５１芯片，與按鍵、液晶、計算機接口電路如圖５所示。ＨＸ７１１串口通訊線接至單片機p1.0、p1.1口。經單片機處理后,將稱重數據送液晶顯示。同時將多次測量數據通過串口送計算機顯示。

2.軟件設計

稱重儀的程序主要包括主程序、Ａ／Ｄ 轉換子程序、液晶顯示子程序以及串口通訊子程序。其中 Ａ／Ｄ轉換子程序尤為重要，選擇不同的輸入通道和增益，對應的程序也不同，選擇 Ａ 通道，增益為１２８的程序如下。

ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇＲｅａｄＣｏｕｎｔ（ｖｏｉｄ）

｛ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇＣｏｕｎｔ；ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｉ；ＡＤＳＫ＝０；／／ＡＤＳＫ 是ｈｘ７１１時鐘引腳，起

始低電平Ｃｏｕｎｔ＝０；ｗｈｉｌｅ（ＡＤＤＯ）；

ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜２４；ｉ＋＋）／／循環２４次，讀取

ｈｘ７１１的２４位輸出二進制數字量

｛ＡＤＳＫ＝１；Ｃｏｕｎｔ＝Ｃｏｕｎｔ＜＜１；ＡＤＳＫ＝０；ｉｆ（ＡＤＤＯ）Ｃｏｕｎｔ＋＋；

｝

ＡＤＳＫ＝１；

Ｃｏｕｎｔ＝Ｃｏｕｎｔ＾０ｘ８０００００；／／第２５個脈沖，對Ｃｏｕｎｔ進行補碼處理

ＡＤＳＫ＝０；ｒｅｔｕｒｎ（Ｃｏｕｎｔ）；／／ＲｅａｄＣｏｕｎｔ（ｖｏｉｄ）子程序返回值為讀取的Ｃｏｕｎｔ的２４位數據量

｝

3.電路實施中應注意的問題

（1）檢測傳感器的輸入輸出特性往往只在一定范圍內近似線性，而在有些范圍內明顯呈非線性。因此需要準備大量的測試數據，以備軟件進行分段處理。

（2）本次稱重傳感器的最大輸出信號僅為4mV左右，而我們采用的儀表放大電路是由三運放及電阻、電位器構成，運放選擇、電阻阻值的精度、PCB布線等因素都會比集成儀表放大器產生更大的失調電壓漂移誤差，因此必須在軟件硬件實施中采取措施減少誤差。

4.結語

對于電類專業學生來說，尋找一個合適的綜合實訓項目 作為課程教學與今后職業崗位之間的橋梁，數顯稱重儀不失為一個典型案例。上述電路只需更改前面的傳感器，即可實現測溫、測電壓、測電流等其它功能，適用性強。