利用應(yīng)變式傳感器、HX711、AT89C51模塊來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)顯稱重儀，介紹了稱重儀的設(shè)計(jì)方案以及實(shí)施過程中應(yīng)注 意的問題。

本文設(shè)計(jì)的數(shù)顯稱重儀是基于電阻應(yīng)變式傳 感器、以單片機(jī)為控制核心的稱重控制顯示系統(tǒng)， 測(cè)量范圍為0 — 10kg，測(cè)量精度士2g，液晶屏顯示 測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)可將多次測(cè)量數(shù)據(jù)通過串口送計(jì) 算機(jī)顯示。該系統(tǒng)具有精度高、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn) 便等特點(diǎn)。稱重儀設(shè)計(jì)框圖如下圖1所示。

1.硬件電路設(shè)計(jì)

1.1稱重傳感器

電阻應(yīng)變式稱重傳感器由電阻應(yīng)變片、彈性 體和檢測(cè)電路等幾個(gè)主要部分組成。彈性體在外 力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻 應(yīng)變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的 阻值將發(fā)生變化（增大或減小），再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量 電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（電壓或電 流），從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過程。

檢測(cè)電路如圖2所示，將電阻應(yīng)變片的電阻 變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏?/span> 優(yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向 力干擾，可以比較方便地解決稱重傳感器的補(bǔ)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(yīng)用.

圖2惠斯登電橋構(gòu)成的檢測(cè)電路 稱重傳感器一般有輸入輸出共四根線，輸出 電阻一般為 35on、48on、7oon、1ooon，輸入端一 般會(huì)進(jìn)行一些溫度、靈敏度的補(bǔ)償，輸入端電阻會(huì) 比輸出端高20?1oon，因此用萬(wàn)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(yīng)變式稱重傳感器輸出信號(hào)幅度很小（mV 甚至MV量級(jí)），且常常伴隨有較大的噪聲。對(duì)于 這樣的信號(hào)，電路處理的第一步通常是采用儀表 放大器先將小信號(hào)放大。儀表放大器電路比簡(jiǎn)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(shè)計(jì)中儀表放大器采用了 OPo7三運(yùn)放的結(jié) 構(gòu)。如圖3所示。

當(dāng)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(diào)節(jié)可以通過改變RG1阻值實(shí)現(xiàn)。

1.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn) 換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成 了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型 芯片所需要的外圍電路。

圖3儀表放大電路 輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B， 與其內(nèi)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(duì)應(yīng)的滿額度差分輸 入信號(hào)幅值分別為士 20mV或士 40mV。通道B 則為固定的32增益，所對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸入電 壓為士 80mV。通道B應(yīng)用于包括電池在內(nèi)的系 統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。本設(shè)計(jì)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(jī)及接口電路

單片機(jī)采用A 丁 89C51芯片，與按鍵、液晶、 計(jì)算機(jī)接口電路如圖5所示。HX711串口通訊 線接至單片機(jī)P1.0、P1. 1 口。經(jīng)單片機(jī)處理后， 將稱重?cái)?shù)據(jù)送液晶顯示。同時(shí)將多次測(cè)量數(shù)據(jù)通 過串口送計(jì)算機(jī)顯示。

2.軟件設(shè)計(jì)

稱重儀的程序主要包括主程序、A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換子程序尤為重要，選擇不同的輸入通 道和增益，對(duì)應(yīng)的程序也不同，選擇A通道，增益 為128的程序如下。

unsigned long ReadCount( void){ unsigned long Count； unsigned char i;

ADSK=0;//ADSK 是 hx711 時(shí)鐘引腳，起 始低電平

Count — 0 ； while(ADDO)；

for(i —0；i<24；i++ ) //循環(huán) 24 次，讀取 hx711的24位輸出二進(jìn)制數(shù)字量 {ADSK — 1;

Count= Count<<1 ；

ADSK — 0;

if(ADDO) Count++ ；

}

ADSK—1;

Count = Counr0x800000;//第 25 個(gè)脈沖，對(duì) Count 進(jìn)行補(bǔ)碼處理 ADSK — 0;

return(Count) ； //ReadCount ( void) 子程序 返回值為讀取的Count的24位數(shù)據(jù)量

}

3.電路實(shí)施中應(yīng)注意的問題

檢測(cè)傳感器的輸入輸出特性往往只在一 定范圍內(nèi)近似線性，而在有些范圍內(nèi)明顯呈非線 性。因此需要準(zhǔn)備大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，以備軟件進(jìn) 行分段處理。

本次稱重傳感器的最大輸出信號(hào)僅為 4mV 左右，而我們采用的儀表放大電路是由三運(yùn) 放及電阻、電位器構(gòu)成，運(yùn)放選擇、電阻阻值的精 度、PCB布線等因素都會(huì)比集成儀表放大器產(chǎn)生 更大的失調(diào)電壓漂移誤差，因此必須在軟件硬件 實(shí)施中采取措施減少誤差。

4.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于電類專業(yè)學(xué)生來(lái)說，尋找一個(gè)合適的綜 合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，作為課程教學(xué)與今后職業(yè)崗位之間 的橋梁，數(shù)顯稱重儀不失為一個(gè)典型案例。上述電路只需更改前面的傳感器，即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫、測(cè)電 壓、測(cè)電流等其它功能，適用性強(qiáng)。