本設計實現了基于TM4的簡易電子秤。電子秤以TM4為控制核心；運用電阻應變片搭成的單電橋和鈦合金懸梁臂作為稱重傳感器；同時以INA128來對微小電壓進行差分放大；后級以OPA227作為減法器對電子秤進行調零校準；并使用ADS1110進行A/D轉化，送入TM4進行處理后在TFT彩屏進行顯示，實現稱重，計價，去皮等功能。數據處理上對AD采樣的電壓值與實際數據進行MATALB擬合、分析，得出其變化關系。

1.系統總體設計

電子稱是進行稱重的現代化工具，在生產生活中廣泛使用，精度是其設計的核心與難點。本系統設計的簡易電子秤通過特制稱重傳感器模塊實現壓力與電信號的轉換，信號處理模塊抑制共模信號放大微弱信號，并加入調零電路，后級高精度16位AD數據采集處理模塊有效保證精度，本系統可實現0-500g范圍內的精確稱重，誤差0.5g，精度可達1%。另外系統采用TM4作為控制核心進行數據處理并通過雙TFT彩屏進行圖像數據顯示。

系統由稱重傳感器模塊，信號處理模塊，數據采集模塊，控制模塊，顯示模塊及電源模塊組成。系統總體框圖如圖1所示。

2.系統硬件設計

2.1 傳感器模塊

重量作為力學信號需要變為電信號才可以進行采集。通過電阻應變片可實現這一過程，但電阻應變片有效應變范圍（300±0.2Ω），阻值變化非常微弱，使用單電橋放大電壓信號；同時粘貼應變片的金屬材質也對靈敏度有很大影響，本系統使用彈性好、恢復性佳的鈦合金板作為稱重桿，使系統靈敏度得到很大提高。

2.2 信號處理模塊

電橋輸出的差分信號仍然很微弱另外存在較大共模干擾及失調電壓，需要加以處理，其包含信號放大及調零電路。

信號放大電路：電橋輸出的差分信號共模干擾較大，采用TI公司的儀表放大器INA128對電橋輸入的差分信號進行放大，有效抑制共模信號；電橋輸出信號微弱，需要進行放大，采用多級放大電路實現約60dB增益。由噪聲公式知第一級放大倍數應盡量大以減小總噪聲，綜合考慮，第一級用INA128實現50倍放大（Rg=1k），第二級使用低噪聲運放OPA227反相放大，微調放大倍數，同時對電源進行去耦處理，濾除交流干擾。該放大電路噪聲低，共模抑制比高，有效放大差模信號。電路如圖2所示。

信號調零電路：電橋傳感器具有固有失配，橋式電阻傳感器有固有電壓差，為了對信號進行更好檢測計算，需要調零電路。信號放大后接減法器進行調零校準，很好的解決了系統的非線性問題，從而提高精度。調零電路如圖3所示。

2.3 數據采集模塊

AD采樣分辨率是高精度測量的關鍵，實現0-500g范圍0.5g的最大誤差則AD分辨率需在10位以上。采用TI公司的16位精密ADC：ADS1110。

2.4控制、顯示及電源模塊

控制模塊選用TI公司32位單片機TM4；顯示模塊選用兩塊TFT彩屏，一路作為總顯示器（銷售者視角）顯示菜單及詳細設置信息，一路作為副顯示器（購買者視角）僅顯示單價重量等信息，具有人性化設計；電源模塊略。

3.系統軟件設計

系統軟件設計分為：AD采樣數據處理；LCD簡單圖形界面顯示；鍵盤輸入設置。主要流程如圖4所示。

TM4對AD采樣的信息進行數字濾波經多次采樣取均值處理得到結果，以提高精度；

簡單圖形界面由不同界面窗口及窗口控件（按鍵）組成；主界面和設置界面通過鍵盤直觀明了的進行數據功能設置；主界面負責顯示：物品名稱，單價，重量，物品總價；設置界面能夠設置不同物品的單價，去皮功能；

4.測試結果分析

為了檢測系統精度，對1g-500g中每隔5g增加砝碼進行稱重，穩定后顯示屏顯示ADC采集到的實際數據，共取得49個點，通過MA-TALB軟件對這些數據進行擬合，由擬合的結果（圖5）分析可得：設計的電子秤采樣值和實際重量大約成線性變化，且具有較高的精度。

5.結語

本系統很好地實現了高精度簡易電子稱的制作。在材質方面，我們選擇了彈性極佳的鈦合金；電路上使用儀表放大器抑制共模、降低噪聲，添加調零電路；使用高精度AD采樣并使用MATALB進行擬合分析都有效提升了精度。系統實現1-500g稱重，最大誤差0.5g，精度達1%。