基于電阻應(yīng)變片傳感器的數(shù)字地磅設(shè)計(jì)要求
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。地磅稱重范圍為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。
基于電阻應(yīng)變片的地磅設(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.
一、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。
二、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 U ，由公式 1 計(jì)算。其特點(diǎn)是，當(dāng)四個(gè)橋g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。
三、電路分析與設(shè)計(jì)
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。
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。
四、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。
五、測(cè)試結(jié)果
1.5g ～ 500g 范圍測(cè)試
將地磅保持水平，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。
根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知，稱重在 5 ～ 500g 之間誤差為 0.4g。
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，地磅可以實(shí)現(xiàn)物品金額計(jì)算并實(shí)現(xiàn)金額累加測(cè)量。
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，地磅可以實(shí)現(xiàn)去皮功能。去皮重量小于100 克。
六、總結(jié)
測(cè)試結(jié)果表明，地磅具有顯示、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。
