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)為控制的稱重控制顯示系統(tǒng)，測量范圍為0－10ｋｇ，測量±2ｇ，液晶屏顯示測量數(shù)據(jù)，同時(shí)可將多次測量數(shù)據(jù)通過串口送計(jì)算機(jī)顯示。該系統(tǒng)具有高、性能穩(wěn)定、操作簡便等特點(diǎn)。稱重儀設(shè)計(jì)框圖如下圖1所示：

圖1  稱重儀設(shè)計(jì)框圖

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)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)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(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?。因?yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?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350Ω、480Ω、700Ω、1000Ω，輸入端一般會進(jìn)行一些溫度、靈敏度的補(bǔ)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(yīng)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OP07三運(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)。

圖3  儀表放大電路

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。

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，對應(yīng)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(yīng)的滿量程差分輸入電壓為±80ｍV。通道Ｂ應(yīng)用于包括電池在內(nèi)的系統(tǒng)參數(shù)檢測。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。

圖4 HX711應(yīng)用電路

1．4、單片機(jī)及接口電路

單片機(jī)采用AT89C51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)將多次測量數(shù)據(jù)通過串口送計(jì)算機(jī)顯示。

圖5 單片機(jī)接口電路

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，對應(yīng)的程序也不同，選擇A通道，增益為128的程序如下。

4、結(jié)語

上述電路只需更改前面的傳感器，即可實(shí)現(xiàn)測溫、測電壓、測電流等其它功能，適用性強(qiáng)。