提出了一種基于MSP430單片機與LabVIEW的電子稱(chēng)量系統，包括稱(chēng)量硬件與LabVIEW上位機兩部分。硬件執行機構包括電阻式平 行梁稱(chēng)重傳感器、HX711AD轉換電路、LCD12864顯示屏、4X4薄膜鍵盤(pán)等模塊；LabVIEW上位機可顯示稱(chēng)重重量值、物品單價(jià)、金額信息 以及超重報警等。稱(chēng)量系統支持傳感器換裝改變最大稱(chēng)重量，具有測量簡(jiǎn)單、精度高、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。

引言

電子秤，生產(chǎn)生活中十分常見(jiàn)的一種測量工具，主要用 來(lái)進(jìn)行計量質(zhì)量，其使用領(lǐng)域廣泛。電子稱(chēng)的使用已經(jīng)融 入生活的方方面面，現代電子秤向小型化、智能化方向發(fā)展， 且具有成本低、集成度高、速度快、量程寬、精度高等優(yōu)點(diǎn)， 極大地了方便生產(chǎn)生活，收到人們的歡迎。

本文提出的基于MSP430與LabVIEW的電子稱(chēng)量系統， 實(shí)現了傳統電子秤與現代虛擬儀器技術(shù)相結合，具有精度 高、顯示功能豐富等特點(diǎn)。

1.系統框架與流程

基于MSP430與LabVIEW的電子稱(chēng)量系統按照設計 要求由下位機執行機構與LabVIEW上位機兩級結構組成。 兩級結構之間通過(guò)RS-232串口進(jìn)行通信。下位機電阻式 壓力傳感器將被測物體轉換為傳感器模擬信號，信號經(jīng)過(guò) 濾波整形后通過(guò)HX711模塊進(jìn)行模數轉換，將模擬信號 轉換為數字信號，并將數據傳給MSP430單片機。本文所 用MSP430單片機為MSP430F5529LP單片機。單片機 通過(guò)外接4X4薄膜鍵盤(pán)與LCD12864進(jìn)行本地人際交互。 MSP430F5529對HX711模塊傳來(lái)的數據進(jìn)行處理，得到 被測物體的重量值，并將重量數值發(fā)送給LabVIEW上位機。 LabVIEW上位機支持數據遠程訪(fǎng)問(wèn)等擴展功能。特點(diǎn)具有 網(wǎng)絡(luò )化、智能化特點(diǎn)?；?/span>MSP430與LabVIEW的電子稱(chēng) 量系統組成如圖1所示，系統工作流程如圖2所示。

2.下位設計實(shí)現

數據采集部分由稱(chēng)重傳感器、信號放大和A/D轉換部 分組成。稱(chēng)重傳感器為電阻式平衡梁稱(chēng)重傳感器，信號放 大和A/D轉換部分主要由專(zhuān)用型高精度24位AD轉換芯片 HX711實(shí)現。

2.1電阻式平衡梁稱(chēng)重傳感器

實(shí)驗電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤等一般選用雙孔 懸臂平行梁應變式稱(chēng)重傳感器。它具有精度高、易加工、結 構簡(jiǎn)單緊湊、抗偏載能力強、固有頻率高等特點(diǎn)。

將電阻式應變片粘貼到受力的力敏型彈性元件上，當彈 性元件受力產(chǎn)生變形時(shí)，應變片將隨之產(chǎn)生相應的應變，轉 化成電阻變化。應變片按如圖3所示的電路原理圖進(jìn)行連接， 力引起的電阻變化將轉換為測量電路的電壓變化。

電橋的四個(gè)臂上接工作應變片，都參與機械變形，同處 一個(gè)溫度場(chǎng)，溫度影響相互抵消，電壓輸出靈敏度高。

2.2 HX711 AD 轉換

HX711是一款專(zhuān)為高精度稱(chēng)重傳感器而設計的24位 A/D轉換器芯片⑷。與同類(lèi)型其它芯片相比，該芯片集成了 包括穩壓電源、片內時(shí)鐘振蕩器等其它同類(lèi)型芯片所需要的 外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點(diǎn)。 降低了電子枰的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。該 芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信 號由管腳驅動(dòng)，無(wú)需對芯片內部的寄存器編程。輸入選擇開(kāi) 關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內部的低噪聲可編程 放大器相連。通道A的可編程增益為128或64，對應的滿(mǎn) 額度差分輸入信號幅值分別為±20mV或±40mV。通道B 則為固定的32增益，用于系統參數檢測。芯片內提供的穩 壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內的A/D轉換器提供 電源，系統板上無(wú)需另外的模擬電源。芯片內的時(shí)鐘振蕩器 不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復位功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機的初始 化過(guò)程。

2.3 MSP430F5529 單片機

MSP430F5529單片機配置集成的USB層和物理層支 持USB 2.0,4個(gè)16位定時(shí)器,一個(gè)高性能的12位模擬數字 轉換器(ADC),兩個(gè)通用串行通信接口（USCI),硬件乘法器、 DMA、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊與報警功能，和63個(gè)I/O 口線(xiàn)。具有 較強的數據處理功能以及豐富I/O資源，方便支持外部設備 的接入。

MSP430系列單片機具有低功耗的特點(diǎn)，在CPU無(wú) 工作需要時(shí)，可進(jìn)入低功耗模式，降低單片機功耗。綜 合考慮成本、便攜度以及數據處理能力，本文系統采用 MSP430F5529LP單片機作為下位機執行機構處理器。其中， MSP430F5529獲取HX711數字信號關(guān)鍵查詢(xún)如下：

HX711_Read(void) //增益選擇128,25個(gè)數據周期 {

unsignedchar i;

SCKLOW;

count=0;

while(P2IN&BIT3);

for(i=0;i<24;i++)

{

SCKHIGH;

count=count<<1;

SCKLOW;

if(P2IN&BIT3)

16 |電子制作2017年7月

count++;

}

SCKHIGH;

count=countA0x800000;

SCKLOW;

return(count);

}

當HX711模塊DOUT口從高電平變低電平后，單片機 向HX711 CLK 口輸入25個(gè)時(shí)鐘脈沖。其中第一個(gè)時(shí)鐘脈 沖的上升沿將讀出輸出24位數據的最高位（MSB)，直至 第24個(gè)時(shí)鐘脈沖完成，24位輸出數據從最高位至最低位逐 位輸出完成。

3.LabVIEW上位機設計

LabVIEW通過(guò)RS-232串口與MSP430下位機進(jìn)行通 信，獲取執行機構測量數據。LabVIEW工作流程如圖4所示， 其LabVIEW上位機部分程序框圖如圖5所示悶。

LabVIEW上位機程序啟動(dòng)后將檢測當前PC連接的VISA資源。用戶(hù)通過(guò)選擇VISA資源，并進(jìn)行波特率、數據 校驗、停止位等VISA配置資源，對VISA進(jìn)行調用。上位 機系統成功調用VISA后，讀取VISA緩沖區內數據，并將 數據存入隊列（FIF〇，First in first out)，以保證數據在 內存中不會(huì )丟失。通過(guò)隊列元素出隊列，對下位機傳來(lái)的數 據進(jìn)行數據格式匹配解析得到測量結果。

4.系統測試與分析

系統采用 MSP430F5529LP 單片機，為 MSP430F5529

單片機最小板，系統設計小巧緊湊，使用無(wú)需進(jìn)行測試。外 部輸入、顯示設備通過(guò)I/O資源輸入MSP430單片機對其 進(jìn)行控制，使用方便。

MSP430單片機與LabVIEW上位機通過(guò)PL2302USB 轉RS-232模塊進(jìn)行通信。LabVIEW通過(guò)數據隊列對數據進(jìn)行保存處理，保證了數據無(wú)丟失現象。

該系統操作簡(jiǎn)便，性能穩定，精度高，成本低，人際交 互性能好，且易于擴展。系統設計智能化、自動(dòng)化程度較高， 具備一定的實(shí)驗、工業(yè)應用價(jià)值。