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基于電阻應(yīng)變片傳感器的數(shù)字電子秤設(shè)計
本設(shè)計以MSP430F5529單片機(jī)為控制核心，由電阻應(yīng)變片檢測電路、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，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，實現(xiàn)了金額累加、查詢、去皮功能。
基于電阻應(yīng)變片的電子秤設(shè)計 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的同時又能有效的抑制共模信號。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，同時采用3.3V線性穩(wěn)壓電源，就可以測得較為的數(shù)據(jù)。為防止電沖擊，白噪聲，工頻干擾或者射頻干擾對測量的電壓值產(chǎn)生干擾，適當(dāng)添加濾波電路，確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
1總體設(shè)計框圖
本設(shè)計利用電阻應(yīng)變片傳感器檢測被測物體的重量，再由放大電路把來自稱重傳感器的微弱信號進(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，后由紅外鍵盤輸入單價和功能選擇，12864液晶屏顯示重量和金額?？傮w設(shè)計框圖如下圖1所示。
2應(yīng)變片的理論分析與計算
電阻應(yīng)變片傳感器是將被測物體的重量變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，其電阻變化范圍為0.0005～0.1歐姆。所以測量電路應(yīng)當(dāng)能測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量電路。橋式測量電路有四個電阻，電橋的個對角線接入工作電壓E，另個對角線為輸出電壓Ug，由公式1計算。其特點(diǎn)是，當(dāng)四個橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠地測量微小的電阻變化。
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，計算驗證， 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
3.1電阻應(yīng)變片檢測電路
當(dāng)應(yīng)變片受力變形時，金屬絲的長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)計如下圖3所示。
4軟件設(shè)計
本設(shè)計的程圖如圖4所示，稱重子程序流程圖如圖5所示。
5測試結(jié)果
5.1 5g～500g范圍測試
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)、計算出稱重誤差，測試數(shù)據(jù)如表1所示。
根據(jù)測試數(shù)據(jù)可知，稱重在5～500g之間誤差為0.4g。
5.2金額累加測試
計算物品金額并實現(xiàn)金額累加測量數(shù)據(jù)如表2所示：
根據(jù)上表2數(shù)據(jù)得出，電子秤可以實現(xiàn)物品金額計算并實現(xiàn)金額累加測量。
5.3去皮功能測量
去皮功能測量數(shù)據(jù)如表3所示：
根據(jù)上表3數(shù)據(jù)得出，電子秤可以實現(xiàn)去皮功能。去皮重量小于100克。
6總結(jié)
測試結(jié)果表明，電子秤具有顯示、測量、計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。
參考文獻(xiàn)：
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[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[J].兵工自動化， 2007.
作者：盧麗君 來源：工業(yè)設(shè)計 2016年9期