您好, 歡迎來(lái)到化工儀器網(wǎng)
基于電阻應(yīng)變片傳感器的數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)
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(guò)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(chēng)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(xún)、去皮功能。
基于電阻應(yīng)變片的電子秤設(shè)計(jì) 要問(wèn)題是如何通過(guò)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(chēng)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(lái)自稱(chēng)重傳感器的微弱信號(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，后由紅外鍵盤(pán)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。
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)能測(cè)量出很小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中常用的是橋式測(cè)量電路。橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻，電橋的個(gè)對(duì)角線接入工作電壓E，另個(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(lái)測(cè)量，所以電橋能夠地測(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(lái)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(zhǎng)度和橫截面積也隨著應(yīng)變片起變化，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。
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)步去掉紋波，R1為反饋電阻，其電路設(shè)計(jì)如下圖3所示。
4軟件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的程圖如圖4所示，稱(chēng)重子程序流程圖如圖5所示。
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(pán)中，觀察并記錄液晶屏上顯示的數(shù)據(jù)、計(jì)算出稱(chēng)重誤差，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。
根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，稱(chēng)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：
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：
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(chēng)重誤差小于0.2g;重量在50g及以上，稱(chēng)重誤差小于0.5g。
參考文獻(xiàn)：
[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(chēng)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.
作者：盧麗君 來(lái)源：工業(yè)設(shè)計(jì) 2016年9期