利用應變式傳感器、HX711、AT89C51模塊來(lái)設計數顯稱(chēng)重儀，介紹了稱(chēng)重儀的設計方案以及實(shí)施過(guò)程中應注 意的問(wèn)題。

本文設計的數顯稱(chēng)重儀是基于電阻應變式傳 感器、以單片機為控制核心的稱(chēng)重控制顯示系統， 測量范圍為0 — 10kg，測量精度士2g，液晶屏顯示 測量數據，同時(shí)可將多次測量數據通過(guò)串口送計 算機顯示。該系統具有精度高、性能穩定、操作簡(jiǎn) 便等特點(diǎn)。稱(chēng)重儀設計框圖如下圖1所示。

1.硬件電路設計

1.1稱(chēng)重傳感器

電阻應變式稱(chēng)重傳感器由電阻應變片、彈性 體和檢測電路等幾個(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 應變片也隨同產(chǎn)生變形，電阻應變片變形后，它的 阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，再經(jīng)相應的測量 電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電 流），從而完成了將外力變換為電信號的過(guò)程。

檢測電路如圖2所示，將電阻應變片的電阻 變化轉變?yōu)殡妷狠敵?。因為惠斯登電橋具有很?/span> 優(yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向 力干擾，可以比較方便地解決稱(chēng)重傳感器的補償 問(wèn)題等，所以惠斯登電橋在稱(chēng)重傳感器中得到了廣泛的應用.

圖2惠斯登電橋構成的檢測電路 稱(chēng)重傳感器一般有輸入輸出共四根線(xiàn)，輸出 電阻一般為 35on、48on、7oon、1ooon，輸入端一 般會(huì )進(jìn)行一些溫度、靈敏度的補償，輸入端電阻會(huì ) 比輸出端高20?1oon，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

應變式稱(chēng)重傳感器輸出信號幅度很小（mV 甚至MV量級），且常常伴隨有較大的噪聲。對于 這樣的信號，電路處理的第一步通常是采用儀表 放大器先將小信號放大。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。 本設計中儀表放大器采用了 OPo7三運放的結 構。如圖3所示。

當R1 = R2，R3 = R4，Rf=R5，電路的增益 為：G= (1 + 2R1/RG1)(Rf/R3)。由公式可見(jiàn)， 電路增益的調節可以通過(guò)改變RG1阻值實(shí)現。

1.3 A/D轉換電路

A/D轉換器采用電子秤專(zhuān)用芯片HX711，這是一款專(zhuān)為高精度電子秤而設計的24位A/D轉 換器芯片。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。

圖3儀表放大電路 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 入信號幅值分別為士 20mV或士 40mV。通道B 則為固定的32增益，所對應的滿(mǎn)量程差分輸入電 壓為士 80mV。通道B應用于包括電池在內的系 統參數檢測。本設計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。

1.4 單片機及接口電路

單片機采用A 丁 89C51芯片，與按鍵、液晶、 計算機接口電路如圖5所示。HX711串口通訊 線(xiàn)接至單片機P1.0、P1. 1 口。經(jīng)單片機處理后， 將稱(chēng)重數據送液晶顯示。同時(shí)將多次測量數據通 過(guò)串口送計算機顯示。

2.軟件設計

稱(chēng)重儀的程序主要包括主程序、A/D轉換子 程序、液晶顯示子程序以及串口通訊子程序。其 中A/D轉換子程序尤為重要，選擇不同的輸入通 道和增益，對應的程序也不同，選擇A通道，增益 為128的程序如下。

unsigned long ReadCount( void){ unsigned long Count； unsigned char i;

ADSK=0;//ADSK 是 hx711 時(shí)鐘引腳，起 始低電平

Count — 0 ； while(ADDO)；

for(i —0；i<24；i++ ) //循環(huán) 24 次，讀取 hx711的24位輸出二進(jìn)制數字量 {ADSK — 1;

Count= Count<<1 ；

ADSK — 0;

if(ADDO) Count++ ；

}

ADSK—1;

Count = Counr0x800000;//第 25 個(gè)脈沖，對 Count 進(jìn)行補碼處理 ADSK — 0;

return(Count) ； //ReadCount ( void) 子程序 返回值為讀取的Count的24位數據量

}

3.電路實(shí)施中應注意的問(wèn)題

檢測傳感器的輸入輸出特性往往只在一 定范圍內近似線(xiàn)性，而在有些范圍內明顯呈非線(xiàn) 性。因此需要準備大量的測試數據，以備軟件進(jìn) 行分段處理。

本次稱(chēng)重傳感器的最大輸出信號僅為 4mV 左右，而我們采用的儀表放大電路是由三運 放及電阻、電位器構成，運放選擇、電阻阻值的精 度、PCB布線(xiàn)等因素都會(huì )比集成儀表放大器產(chǎn)生 更大的失調電壓漂移誤差，因此必須在軟件硬件 實(shí)施中采取措施減少誤差。

4.結語(yǔ)

對于電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，尋找一個(gè)合適的綜 合實(shí)訓項目，作為課程教學(xué)與今后職業(yè)崗位之間 的橋梁，數顯稱(chēng)重儀不失為一個(gè)典型案例。上述電路只需更改前面的傳感器，即可實(shí)現測溫、測電 壓、測電流等其它功能，適用性強。