简易电子秤的设计思路与实现_91化工仪器网

原：《简易电子秤》

作者：王凯 来源：中国科技博览 2017年22期

本文主要论述了简易电子秤的设计思路与实现情况，系统由应变式传感器电路、信号放大和A/D转换电路、显示电路构成。应变式传感器电路主要的元器件是电阻应变片，其测量应变的灵敏度和度高，性能稳定、可靠，广泛应用于电子称的测量装置。

一、方案论证與设计

1.1 方案比较与选择

1.1.1 控制芯片的选择

采用STM32F407单片机作为系统控制器。此款单片机支持总线、传输效率高，PWM输出方便，能够满足题目中数据的处理，以实现对系统的调控。

1.1.2 液晶显示器的选择

选用12864液晶显示器，5V电压驱动，带背光，内置8192个16*16点阵、128个字符及64*256点阵显示RAM，可以在任意位置显示数字、符号和汉字。

1.2 系统zui终方案

经过上述的分析和论证，决定了系统各模块采用的zui终方案，如图1所示。

二、理论分析与计算

2.1 称重传感器的计算

受力工作原理图见图2所示。

将电阻应变片粘贴到受力的铁质悬臂梁上，当铁质悬臂梁受力产生变形时，应变片产生相应的应变， 转化成电阻变化。力引起的电阻变化将转换为测量电路的电压变化，通过测量输出电压的数值， 再通过换算即可得到所测量物体的重量。

电桥的四个臂上接工作应变片，都参与机械变形，同处一个温度场，温度影响相互抵消，电压输出灵敏度高。当4个应变片的材料、阻值都想同时，可推导出以下公式(图3)：

三、系统设计与分析

3.1 电路设计

3.1.1 STM32zui小系统电路

STM32F4微控制器集成了单周期DSP指令和FPU，提升了计算能力，可以进行一些复杂的计算和控制。

3.1.2 应变式传感器电路

电阻应变片把机械应变信号转换为△R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的△R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。

3.1.3 信号放大和AD转换电路

HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片，HX711将信号调整到A/D能采集的范围，然后由A/D进行采集，接着把采集到的24位高低电平通过DOUT送到单片机进行处理。

四、测试方案与测试结果

4.1 测试方法

(1)用电子秤称重不同重量的砝码，范围5.00g～500g，观察显示屏现实的数据并记录，与砝码的标准重量比较，计算出称重误差。

4.2 测试结果(数据)(表1)

五、结论

数据采集部分由应变式传感器电路，信号放大和A/D转换部分组成。在具体选择传感器时，考虑到称重物品时必要的精度、准确性要求，所称物品的重量误差必须要控制在一定的范围之内，选择的传感器量程应该比系统设计要求的大。由于传感器的输出信号中含有一定的干扰噪声，所以必须要对传感器输出的信号滤波。

参考文献

[1] 杨光祥.《STM32单片机原理与工程实践》.武汉理工大学出版社，2013

[2] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练.[M] 北京航空航天大学出版社.

[3] 康华光.电子技术基础[M]，第五版高等教育出版社，2005.

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