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(cè)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(cè)量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)(電壓或電流)，從而完成了將外力變換為電信號(hào)的過(guò)程。

檢測(cè)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(wèn)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(cè)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(huì)進(jìn)行一些溫度、靈敏度的補(bǔ)償，輸入端電阻會(huì)比輸出端高20～100Ω，因此用萬(wàn)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(hào)幅度很小(mV甚至μV量級(jí))，且常常伴隨有較大的噪聲。對(duì)于這樣的信號(hào)，電路處理的第一步通常是采用儀表放大器先將小信號(hào)放大。儀表放大器電路比簡(jiǎn)單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。放大的最主要目的不是增益，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(jiàn)，電路增益的調(diào)節(jié)可以通過(guò)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，這是一款專為高精度電子秤而設(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(kāi)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(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為±20mV或±40mV。通道B則為固定的32增益，所對(duì)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(cè)。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(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)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(duì)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(yǔ)

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