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簡易電子秤的設(shè)計思路與實現(xiàn)
原：《簡易電子秤》
作者：王凱 來源：中國科技博覽 2017年22期
本文主要論述了簡易電子秤的設(shè)計思路與實現(xiàn)情況，系統(tǒng)由應變式傳感器電路、信號放大和A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示電路構(gòu)成。應變式傳感器電路主要的元器件是電阻應變片，其測量應變的靈敏度和度高，性能穩(wěn)定、可靠，廣泛應用于電子稱的測量裝置。
、方案論證與設(shè)計
1.1 方案比較與選擇
1.1.1 控制芯片的選擇
采用STM32F407單片機作為系統(tǒng)控制器。此款單片機支持總線、傳輸效率高，PWM輸出方便，能夠滿足題目中數(shù)據(jù)的處理，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的調(diào)控。
1.1.2 液晶顯示器的選擇
選用12864液晶顯示器，5V電壓驅(qū)動，帶背光，內(nèi)置8192個16*16點陣、128個字符及64*256點陣顯示RAM，可以在任意位置顯示數(shù)字、符號和漢字。
1.2 系統(tǒng)方案
經(jīng)過上述的分析和論證，決定了系統(tǒng)各模塊采用的方案，如圖1所示。
二、理論分析與計算
2.1 稱重傳感器的計算
受力工作原理圖見圖2所示。
將電阻應變片粘貼到受力的鐵質(zhì)懸臂梁上，當鐵質(zhì)懸臂梁受力產(chǎn)生變形時，應變片產(chǎn)生相應的應變， 轉(zhuǎn)化成電阻變化。力引起的電阻變化將轉(zhuǎn)換為測量電路的電壓變化，通過測量輸出電壓的數(shù)值， 再通過換算即可得到所測量物體的重量。
電橋的四個臂上接工作應變片，都參與機械變形，同處個溫度場，溫度影響相互抵消，電壓輸出靈敏度高。當4個應變片的材料、阻值都想同時，可推導出以下公式(圖3)：
三、系統(tǒng)設(shè)計與分析
3.1 電路設(shè)計
3.1.1 STM32小系統(tǒng)電路
STM32F4微控制器集成了單周期DSP指令和FPU，提升了計算能力，可以進行些復雜的計算和控制。
3.1.2 應變式傳感器電路
電阻應變片把機械應變信號轉(zhuǎn)換為△R/R后，由于應變量及相應電阻變化般都很微小，難以直接測量，且不便處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應變片的△R/R變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。其轉(zhuǎn)換電路常用測量電橋。
3.1.3 信號放大和AD轉(zhuǎn)換電路
HX711是款為高精度稱重傳感器而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，HX711將信號調(diào)整到A/D能采集的范圍，然后由A/D進行采集，接著把采集到的24位高低電平通過DOUT送到單片機進行處理。
四、測試方案與測試結(jié)果
4.1 測試方法
(1)用電子秤稱重不同重量的砝碼，范圍5.00g～500g，觀察顯示屏現(xiàn)實的數(shù)據(jù)并記錄，與砝碼的標準重量比較，計算出稱重誤差。
4.2 測試結(jié)果(數(shù)據(jù))(表1)
五、結(jié)論
數(shù)據(jù)采集部分由應變式傳感器電路，信號放大和A/D轉(zhuǎn)換部分組成。在具體選擇傳感器時，考慮到稱重物品時必要的精度、準確性要求，所稱物品的重量誤差必須要控制在定的范圍之內(nèi)，選擇的傳感器量程應該比系統(tǒng)設(shè)計要求的大。由于傳感器的輸出信號中含有定的干擾噪聲，所以必須要對傳感器輸出的信號濾波。
參考文獻
[1] 楊光祥.《STM32單片機原理與工程實踐》.武漢理工大學出版社，2013
[2] 黃智偉.大學生電子設(shè)計競賽技能訓練.[M] 北京航空航天大學出版社.
[3] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]，第五版高等教育出版社，2005.