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行業(yè)動(dòng)態(tài)

當前位置:首頁(yè)>>新聞中心>>行業(yè)動(dòng)態(tài) 發(fā)布時(shí)間:2017-06-17 01:35:52

基于HX710A的髙精度電子秤的設計與實(shí)現

時(shí)間:2017-06-17 01:35:52 來(lái)源:本站 點(diǎn)擊數:876

本設計以24A/D轉換芯片HX710A和單片機SH79F165為核心,結合壓力傳感器、串行LED控制模塊TM1628等設計了一款高精度多功能數字電子秤。本文詳細介紹了系統的硬件電路組成以及軟件的開(kāi)發(fā)流程。本設計集單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)和數字顯示技術(shù)等于一體,在一體化教學(xué)過(guò)程中作為一個(gè)獨立的實(shí)訓任務(wù),取得了良好的教學(xué)效果。

稱(chēng)重技術(shù)自古以來(lái)就被人們所重視,作為一種計量手段,廣泛應用于工農業(yè)、 科研、交通、內外貿易等各個(gè)領(lǐng)域,與人民的生活緊密相連。電子秤是集現代傳 感器技術(shù)、電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的電子稱(chēng)量裝置,具有稱(chēng)量快速、顯示 直觀(guān)、精度高、操作簡(jiǎn)單、多功能等優(yōu)點(diǎn),比傳統的機械秤更符合法制計量管理 和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的要求。本文以24A/D轉換芯片HX710和中穎單片機 SH79F165為核心,結合電阻應變式壓力傳感器設計了一款高精度電子稱(chēng),完成 了軟/硬件設計,充分發(fā)揮單片機的強大的控制能力,通過(guò)稱(chēng)重傳感器和24位的 HX710A轉換器實(shí)現了對重量的高精度測量,此設計集微處理技術(shù)、傳感器技術(shù) 和數字顯示技術(shù)等于一體,具備成本低、穩定性強、電路簡(jiǎn)單、便攜性好等優(yōu)點(diǎn), 并且稍加擴展,能夠具有更廣泛的推廣和應用價(jià)值,在實(shí)際應用中得到了滿(mǎn)意的 效果以及用戶(hù)的一致好評。

1.系統設計及原理

當被測物體放置在秤盤(pán)上時(shí),在重力作用下將壓力傳送給稱(chēng)重傳感器,該傳 感器的橋式電阻因受力而發(fā)生形變,其阻值隨之發(fā)生變化,導致電橋失衡輸出信 號,經(jīng)過(guò)信號調理電路形成穩定的、與質(zhì)量成比例的差分電壓信號,通過(guò)A/D 轉換器HX710將模擬電壓信號轉換為高精度的數字信號,數字信號再送到微處 理器的CPU經(jīng)過(guò)相應處理后在LED上顯示當前物體的重量。根據實(shí)際需求系統 配置了鍵盤(pán)、串口轉換及聲光報警等模塊,系統結構如圖1所示。

鋼鐵1.jpg

2.硬件電路設計

器件選擇上必須滿(mǎn)足系統對精度的要求,本設計選用了高靈敏度的稱(chēng)重傳感 CL611和專(zhuān)為高精度電子秤設計的A/D轉換芯片HX710A,同時(shí)在信號調理電 路中增強抗干擾功能,保障系統的穩定性。

2.1高精度A/D轉換

本文設計的電子秤內分度為1g,最大稱(chēng)重為15kg,分度數為15000,因此 A/D轉換芯片的位數至少為14 (214=16384>15000)??紤]到設計精度要求及噪 聲等因素的影響,一般要求A/D轉換精度為設計要求的10倍以上,所以A/D 換器至少為 18 218=262144>15000X10)。

本設計采用了一款具有海芯科技集成電路專(zhuān)利技術(shù),專(zhuān)為高精度電子秤設計 24A/D轉換芯片HX710A。由于采用串行設計,只需2個(gè)I/O 口即可實(shí)現所 有控制功能。與同類(lèi)型的芯片相比,該芯片具有集成度高、響應速度快、抗干擾 性強、成本低等優(yōu)點(diǎn),保障系統的可靠性。

輸入低噪聲放大器的增益為128,當參考電壓為5V時(shí),對應的滿(mǎn)額度差分 輸入信號幅值為±20mV。芯片內的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。芯片內集成 數字溫度傳感器可直接讀出系統溫度用于溫度補償。同時(shí)具備上電自動(dòng)復位功 能,簡(jiǎn)化了初始化過(guò)程。

在傳感器輸出信號與A/D轉換之間增加濾波電路,提高系統抗干擾能力。單 片機P2.2管腳為A/D發(fā)送數據提供時(shí)鐘信號,轉換后的串行數據通過(guò)P1.5管腳 傳輸到單片機,電路如圖2所示。

鋼鐵2.jpg

2.2稱(chēng)重傳感器

稱(chēng)重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置,被喻為電子秤的心臟部件,它 的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩定性。通常稱(chēng)重傳感器產(chǎn)生的 誤差約占電子秤整機誤差的50%~70%。若在環(huán)境惡劣的條件下(如高低溫、濕熱), 傳感器所占的誤差比例就更大,因此,在設計電子秤時(shí),正確地選用稱(chēng)重傳感 器非常重要。電子秤采用的電阻應變式稱(chēng)重傳感器將4個(gè)電阻應變片粘貼在彈 性敏感元件上,然后以適當方式組成惠斯登電橋。當稱(chēng)重傳感器不承受載荷時(shí), 彈性敏感元件不產(chǎn)生應變,粘貼在其上的應變片不發(fā)生變形,應變片的電阻不變, 電橋平衡,輸出電壓為零;反之,當被測載荷加載在電子秤秤體上時(shí),稱(chēng)重傳感 器承受載荷,應變片電阻改變,電橋失去平衡,傳感器輸出與被測載荷重量成比 例的電壓信號.

為滿(mǎn)足設計要求及電子秤行業(yè)標準,稱(chēng)重傳感器選用深圳爾達盛傳感科技公 司專(zhuān)為電子秤或工業(yè)過(guò)程測力控制而設計的CL611,該傳感器額定載荷為2? 15kg,靈敏度1.0±10%(mV/V),非線(xiàn)性、滯后及重復度均為0.05%F.S,零點(diǎn)溫 度影響0.2%F.S/10°C,靈敏度溫度影響0.3%F.S/10°C,安全過(guò)載范圍150%F.S, 同時(shí)具備零位及滿(mǎn)度溫度補償、長(cháng)期穩定性好,符合設計要求。

該傳感器的激勵電壓為5?10VDC,為滿(mǎn)足A/D轉換精度的要求,傳感器電 源使用系統統一電壓VCC,輸出信號直接接到信號調理電路,如圖2 LOAD CELL 處。

2.3單片機

為提高電子秤的便攜性,同時(shí)降低生產(chǎn)成本,本設計采用了中穎SH79F165 作為主控M⑶,SH79F165內建202-A模數轉換器(ADC)、低噪聲可編程增益 放大器(PGA)適合小信號采集應用。由于SH79F165內建資源豐富,既能節省高效率8051兼容單片機,28針貼片封裝,占用空間小,在同樣振蕩頻率下,比 傳統8051系列芯片具有更快的運行速度,性能更優(yōu)越。SH79F165保留了標準 8051芯片的大部分特性。內建資源豐富16kB Flash R0M,256BRAM,20A/D (可用于電壓檢測),無(wú)需額外擴展即可滿(mǎn)足復雜程序設計,512BEEPROM則可 用于保存設置、標定參數等。具備兩種低低功耗省電模式:空閑模式和掉電模式, 可有效提高電子秤的待機時(shí)間,增強便攜性.

根據實(shí)際需求設計了電壓檢測、按鍵、程序下載接口、充電控制等功能,主 控電路如圖3所示。

鋼鐵3.jpg

2.4 LED顯示

為簡(jiǎn)化電路設計,數據顯示采用深圳天微的串行LED驅動(dòng)芯片TM1628。 芯片支持多種顯示模式10X7位?13X4位),8級亮度調節,串行接口 控制,只需4個(gè)管腳即可控制2TM1628實(shí)現主界面、客戶(hù)界面的顯示及報警 提示功能。該芯片具有很強的可編程性,控制靈活,電路設計簡(jiǎn)單,主界面控制 電路如圖4所示,圖中SEG1~8用于七段數碼管顯示,GRID6用于6位數字顯 示,GRID7SEG2?7用于電壓強度顯示,SEG9/10GRID5?7用于報警提示。

鋼鐵4.jpg

3.軟件設計

軟件開(kāi)發(fā)平臺為Keil uVision4,Keil uVision是眾多單片機應用開(kāi)發(fā)軟件 中最優(yōu)秀的軟件之一,它支持眾多不同公司的MCS51架構的芯片,甚至ARM, 集編輯,編譯,仿真等于一體,它的界面和常用的微軟VC++的界面相似,界面 友好,易學(xué)易用,在調試程序,軟件仿真方面也有很強大的功能。為了便于程序 調試和增強系統可靠性,程序設計采用自上而下、模塊化、結構化的程序設計方 法,把總的編程過(guò)程逐步細分,分解成一個(gè)個(gè)功能模塊,每個(gè)功能模塊相互獨立, 每個(gè)模塊都能完成一個(gè)明確的任務(wù),實(shí)現某個(gè)具體的功能。根據設計要求,程序 分為初始化、A/D轉換、LED顯示、按鍵中斷處理(標定/清零/參數設置)、報 警處理、電壓檢測等模塊。系統程序固化在SH79F165內部的flash存儲器中, 分為主程序和若干子程序。主程序的功能是系統初始化,管理和調用各個(gè)子程序。 本設計的程序流程如圖5所示。

鋼鐵5.jpg

主程序如下:

#include "allHeaderFile.h" void main(void)

{

//初始化系統

initSystem(); while

{

//AD數據 //數據顯示 //報警處理 //電壓檢測及處理

}

}

根據國家標準JJG555-1996《非自動(dòng)秤通用檢定規程》和JJG-97《數字指示 秤檢定規程》要求,使用M1級砝碼對本系統進(jìn)行測試。15kg電子秤III級要求, 檢定分度值e=5g時(shí),稱(chēng)重0?2500g內許可偏差±2.5g,2500?10000g內許可 偏差為±5g,2000e?Max內許可偏差為±7.5g。

測試結果見(jiàn)表1,表明該電子秤的各項性能指標均優(yōu)于國家標準規定的三級 秤要求,滿(mǎn)足設計要求。

鋼鐵6.jpg

5.高精度電子稱(chēng)設計的教學(xué)課題應用

結合我校情況和學(xué)生的實(shí)際情況,在一體化教學(xué)中編寫(xiě)了高精度電子稱(chēng)設計 的課題工作頁(yè),結合學(xué)生掌握的程度設定了獨立的實(shí)訓任務(wù),將實(shí)訓要求、內容、 學(xué)生的職業(yè)能力、綜合能力融為一體。將要求具體化、詳細化,力爭通過(guò)實(shí)訓提 高學(xué)生的綜合能力。

高精度電子稱(chēng)設計適用于小組訓練,通過(guò)此實(shí)訓任務(wù),學(xué)生可以根據實(shí)訓項 目的要求組合成相應的電路,熟練掌握單片機編程技術(shù),傳感器技術(shù)、數字顯示 技術(shù)、電氣控制線(xiàn)路的設計,接線(xiàn)工藝等相關(guān)知識。本實(shí)訓任務(wù)將電子技術(shù)的原 理實(shí)際運用到日常生活,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣,取得了良好的教學(xué)效果。