基于电阻应变片传感器的数字电子秤设计

　　本设计以MSP430F5529单片机为控制核心，由电阻应变片检测电路、仪表放大电路等组成。以电阻应变片为传感器装置，将压力转换为电压信号，经过仪表放大器INA333放大后，输入含有16位AD转换精度的MSP430单片机，进行数据处理。电子秤称重范围为5.00g～500g，误差小于0.5g，实现了金额累加、查询、去皮功能。

　　基于电阻应变片的电子秤设计首要问题是如何通过电桥电路将电阻应变片产生的微小变化转换为电压的变化，并且在放大差模信号的同时又能有效的YZ共模信号。为此，选择共模YZ比较高的器件INA333，为了达到精度控制在1%，在称重传感器量程范围内，使用12位的模数转换器，同时采用3.3V线性稳压电源，就可以测得较为精确的数据。为防止电冲击，白噪声，工频干扰或者射频干扰对测量的电压值产生干扰，适当添加滤波电路，确保测试数据的准确性。

　　1总体设计框图

　　本设计利用电阻应变片传感器检测被测物体的重量，再由放大电路把来自称重传感器的微弱信号进行放大，传给单片机进行A/D转换和数据处理，Z后由红外键盘输入单价和功能选择，12864液晶屏显示重量和金额。总体设计框图如下图1所示。

　　2应变片的理论分析与计算

　　电阻应变片传感器是将被测物体的重量变化转换成电阻值的变化，其电阻变化范围为0.0005～0.1欧姆。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中Z常用的是桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入工作电压E，另一个对角线为输出电压Ug，由公式1计算。其特点是，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。

　　公式2是全桥式电路的输出，也就是由压力转换而来的电信号，计算验证，全桥电路的灵敏度是单臂电桥的四倍。

　　3电路分析与设计

　　3.1电阻应变片检测电路

　　当应变片受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着应变片一起变化，从而发生电阻变化，全桥电路灵敏度高，其电路连接如下图2所示。

　　3.2放大电路

　　采用的集成运放INA333，输出端加入C1、C2是为了进一步去掉纹波，R1为反馈电阻，其电路设计如下图3所示。

　　4软件设计

　　本设计的主流程图如图4所示，称重子程序流程图如图5所示。

　　5测试结果

　　5.15g～500g范围测试

　　将电子秤保持水平，依次将重量为5g～500g范围内的标准砝码放入托盘中，观察并记录液晶屏上显示的数据、计算出称重误差，测试数据如表1所示。

　　根据测试数据可知，称重在5～500g之间误差为0.4g。

　　5.2金额累加测试

　　计算物品金额并实现金额累加测量数据如表2所示：

　　根据上表2数据得出，电子秤可以实现物品金额计算并实现金额累加测量。

　　5.3去皮功能测量

　　去皮功能测量数据如表3所示：

　　根据上表3数据得出，电子秤可以实现去皮功能。去皮重量小于100克。

　　6总结

　　测试结果表明，电子秤具有显示、测量、计算金额以及金额累加等功能。重量小于50g，称重误差小于0.2g;重量在50g及以上，称重误差小于0.5g。

　　参考文献：

　　[1]李艳，李新娥，裴东兴.应变式压力传感器及其应用电路设计[J].计量与测试技术，2007.

　　[2]王琦.电阻应变式称重传感器的设计[J].木材加工机械，2005.

　　[3]程江涛，蒋和生，张济生.电阻应变式微位移传感器的设计[J].兵工自动化，2007.

　　作者：卢丽君来源：工业设计2016年9期

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