高精度的電子秤在實(shí)驗室等需要精確測量的場(chǎng)合應用廣泛。實(shí)現高精度電子秤的技術(shù)要點(diǎn)主要有三 個(gè)方面：準確采集信號、精確量化以及低噪準確的供電系統。從以上三個(gè)方面并結合基于AD7191的高精度電子秤設計實(shí)例具體分析。

1.電子秤基本原理

電子秤是一種常用的測量器具,與普通稱(chēng)量器具相比,數 字電子秤具有精度高、性能穩定、測量準確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

數字電子秤通過(guò)傳感器件將待測物體的壓力信號轉換成 模擬的電信號，放大后再通過(guò)模/數轉換電路將模擬信號轉換 為數字信號,然后把數字信號送到CPU進(jìn)行計算處理,最后由 CPU輸送到顯示電路中去，由顯示器顯示出測量結果。

2.實(shí)現高精度的技術(shù)要點(diǎn)

2.1信號的準確采集

要實(shí)現高精度的電子秤，首先要保證數據的原始采集部 分能夠精確感知重IS的微小變化并精確傳感。傳感電路的核 心是稱(chēng)重傳感器。

因前最常用的稱(chēng)重傳感器類(lèi)型還是電阻式傳感器件，電 阻式稱(chēng)重傳感器主耍由彈性體、電阻應變片組成，內部線(xiàn)路采 用惠更斯電橋,結構簡(jiǎn)單,使用方便，同時(shí)具有成本低廉、精度 高、測量范圍較大的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。

需要注意的選樣的傳感器精度等級一定耍滿(mǎn)足設計 要求的精度所譎。其次，在使用時(shí)一定耍仔細査看傳感器的 最大量程、極限承載質(zhì)M和保護等級,避免使用不當致使傳感 器損壞。

2.2精確量化

在精確量化的過(guò)程中包括兩個(gè)部分：放大和量化。傳感 器采集的電信號一般都十分微弱，例如靈敏度為2.0 mV/V、激 勵電壓為5V、量程5kg的傳感器在滿(mǎn)量程時(shí)輸出漢為10mv, 那么扣對A/D轉換的參考電壓就太小，所以必須經(jīng)過(guò)低噪聲 放大后再進(jìn)行A/D轉換。通常采用的方式是在信號輸出后加 PGA (可編程放大器)或者INA (儀表運算放大器）。

同時(shí)，在A/D轉換過(guò)程中需要根據精度來(lái)選擇A/D轉換 的芯片。但需注意，在A/D芯片的選擇過(guò)程中我們必須留有 一定的冗余。例如’ 設計一臺量程為5kg、汁數為1:10000的 電子秤，分辨率為0.5g,那么似乎選擇一片14或是16位的A/ D芯片則足以滿(mǎn)足耍求。但事實(shí)并非如此,通常所指的精度往 往是外部精度,但在達到扣應外部精度的要求下，根椐有關(guān)標 準的說(shuō)明，必須保證20倍的內部精度耍求。除此之外，ADC 還需有3-4倍的內部it數精度才能滿(mǎn)足性能耍求。那么我 們可以知逍上述的電子秤在實(shí)際設計時(shí)必須保證1:800000的 精度要求，即19或足20位的A/D才能滿(mǎn)足設汁要求。

2.3低嗓的電源系統

低噪聲的電源對一個(gè)精密測量的系統來(lái)講是必不可少的， 但這又恰恰是容易忽略的。要想達到上述的兩個(gè)技術(shù)要點(diǎn)， 一個(gè)低噪聲的電源系統是基礎。因為如果系統本身存在很強 的噪聲，那不論多么結準的放大和量化都將是毫無(wú)意義的。由 于電源或接地層上的任何噪聲都會(huì )給系統帶來(lái)噪聲，導致電 路性能降低，因此必須用低噪聲穩壓器產(chǎn)生供給數模轉化器 和稱(chēng)重傳感器的全部電源。這一點(diǎn)通?？梢钥紤]采用高端的 線(xiàn)性電源芯片加濾波電路來(lái)實(shí)現，而通常電子制作中所用的 LM系列等芯片則很難滿(mǎn)足要求。

3.設計實(shí)例分析

基于以上理論分析,可以知道,一款高精度的電子秤設汁 必須把握住放大、A/D轉換和電源這三部分，然后選擇一款合 適的傳感器即可。

下面介紹一款基于TI公司MSP430單片機和AD公司的 AD7191模數轉換芯片的高精度電子秤設汁方案。AD7191是 一款引腳可編程、低噪聲、低漂移24位:E-A模數轉換器(ADC), 內置PGA,因此不再需要單獨的放大器,簡(jiǎn)化了電子秤設計。 如果選擇一款靈敏度為2mV/V的5Kg稱(chēng)重傳感器,則當激勵 為5V時(shí)，來(lái)自傳感器的滿(mǎn)量程信號為10mV。當輸出數據速 率為10IL時(shí),AD7191的均方根噪聲為15nV,噪聲的峰峰值 為 6.6xl5MV。

即實(shí)際使用過(guò)程中，24位ADC僅有I6.6bits的無(wú)噪聲分辨率。

在電源芯片的選擇上，我們選擇了 AD公司的數字電源芯 片ADP3303系列3.3V和5V各一片。3.3V用于給微控制器 和AD7191數字電源端供電，5V電源用于傳感器和AD7191 模擬端供電。ADP3303在室溫條件下其可達到:±O.8%的出色 精度，溫度、線(xiàn)路和負載調節的整體精度±1.4%。同時(shí)，按照 ADP3303數據手冊的建議，在穩壓器輸出端配備簡(jiǎn)單的降噪 電容即可獲得滿(mǎn)意的輸出效果。

該設汁具有昆著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。一方面，整個(gè)系統設汁全部采用 貼片式芯片，便于集成。另一方面,該設汁全部采用低功耗器 件，AD7191還可以對傳感器進(jìn)行電源管理，大大降低系統整 體的功耗,增強了電池供電情況下的工作能力。