基于電阻應(yīng)變片傳感器的數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)

盧麗君

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院，湖北仙桃，433000

基于電阻應(yīng)變片傳感器的數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)

盧麗君

仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院，湖北仙桃，433000

本設(shè)計(jì)以MSP430F5529單片機(jī)為控制核心，由電阻應(yīng)變片檢測(cè)電路、儀表放大電路等組成。以電阻應(yīng)變片為傳感器裝置，將壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過儀表放大器INA333放大后，輸入含有16位AD轉(zhuǎn)換精度的MSP430單片機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。電子秤稱重范圍為5.00g～500g，誤差小于0.5 g，實(shí)現(xiàn)了金額累加、查詢、去皮功能。

電阻應(yīng)變片；MSP430F5529單片機(jī)；INA333放大器

基于電阻應(yīng)變片的電子秤設(shè)計(jì)首要問題是如何通過電橋電路將電阻應(yīng)變片產(chǎn)生的微小變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化 ，并且在放大差模信號(hào)的同時(shí)又能有效的抑制共模信號(hào)。為此，選擇共模抑制比較高的器件INA333，為了達(dá)到精度控制在1%，在稱重傳感器量程范圍內(nèi)，使用 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，同時(shí)采用3.3V線性穩(wěn)壓電源，就可以測(cè)得較為精確的數(shù)據(jù)。為防止電沖擊，白噪聲，工頻干擾或者射頻干擾對(duì)測(cè)量的電壓值產(chǎn)生干擾，適當(dāng)添加濾波電路，確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1 總體設(shè)計(jì)框圖

本設(shè)計(jì)利用電阻應(yīng)變片傳感器檢測(cè)被測(cè)物體的重量，再由放大電路把來自傳感器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，傳給單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，最后由紅外鍵盤輸入單價(jià)和功能選擇，12864液晶屏顯示重量和金額?？傮w設(shè)計(jì)框圖如下圖1所示。

圖1 電子秤總體設(shè)計(jì)圖

2 應(yīng)變片的理論分析與計(jì)算

電阻應(yīng)變片傳感器是將被測(cè)物體的重量變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，其電阻變化范圍為0.0005～0.1歐姆。所以測(cè)量電路應(yīng)當(dāng)能精確測(cè)量出很小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中最常用的是橋式測(cè)量電路。橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓E，另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓Ug，由公式1計(jì)算。其特點(diǎn)是，當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí)，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計(jì)來測(cè)量，所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。

公式2是全橋式電路的輸出，也就是由壓力轉(zhuǎn)換而來的電信號(hào),計(jì)算驗(yàn)證， 全橋電路的靈敏度是單臂電橋的四倍。

3 電路分析與設(shè)計(jì)

3.1 電阻應(yīng)變片檢測(cè)電路

當(dāng)應(yīng)變片受力變形時(shí)，金屬絲的長度和橫截面積也隨著應(yīng)變片一起變化，從而發(fā)生電阻變化， 全橋電路靈敏度高，其電路連接如下圖2所示。

圖2 電阻應(yīng)變片全橋電路

3.2 放大電路

采用的集成運(yùn)放INA333，輸出端加入C1、C2是為了進(jìn)一步去掉紋波，R1為反饋電阻，其電路設(shè)計(jì)如下圖3所示。

圖3 放大電路

4 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主流程圖如圖4所示，稱重子程序流程圖如圖5所示。

圖4 主流程圖

圖5 稱重子程序流程圖

5 測(cè)試結(jié)果

5.1 5g～500g范圍測(cè)試

將電子秤保持水平，依次將重量為5g～500g范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼放入托盤中，觀察并記錄液晶屏上顯示的數(shù)據(jù)、計(jì)算出稱重誤差，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 5g～500g范圍測(cè)試數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，稱重在5～500g之間誤差為0.4g。

5.2 金額累加測(cè)試

計(jì)算物品金額并實(shí)現(xiàn)金額累加測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 物品金額并實(shí)現(xiàn)金額累加測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)上表2數(shù)據(jù)得出，電子秤可以實(shí)現(xiàn)物品金額計(jì)算并實(shí)現(xiàn)金額累加測(cè)量。

5.3 去皮功能測(cè)量

去皮功能測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示：

表3 去皮功能測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)上表3數(shù)據(jù)得出，電子秤可以實(shí)現(xiàn)去皮功能。去皮重量小于100克。

6 總結(jié)

測(cè)試結(jié)果表明，電子秤具有顯示、測(cè)量、計(jì)算金額以及金額累加等功能。重量小于50g，稱重誤差小于0.2g；重量在50g及以上，稱重誤差小于0.5g。

[1]李艷,李新娥,裴東興.應(yīng)變式壓力傳感器及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù),2007.

[2]王琦.電阻應(yīng)變式稱重傳感器的設(shè)計(jì)[J].木材加工機(jī)械,2005.

[3]程江濤,蔣和生,張濟(jì)生.電阻應(yīng)變式微位移傳感器的設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化, 2007.