本設計實(shí)現了基于TM4的簡(jiǎn)易電子秤。電子秤以TM4為控制核心；運用電阻應變片搭成的單電橋和鈦合金懸梁臂作為稱(chēng)重傳感器；同時(shí)以INA128來(lái)對微小電壓進(jìn)行差分放大；后級以OPA227作為減法器對電子秤進(jìn)行調零校準；并使用ADS1110進(jìn)行A/D轉化，送入TM4進(jìn)行處理后在TFT彩屏進(jìn)行顯示，實(shí)現稱(chēng)重，計價(jià)，去皮等功能。數據處理上對AD采樣的電壓值與實(shí)際數據進(jìn)行MATALB擬合、分析，得出其變化關(guān)系。

1.系統總體設計

電子稱(chēng)是進(jìn)行稱(chēng)重的現代化工具，在生產(chǎn)生活中廣泛使用，精度是其設計的核心與難點(diǎn)。本系統設計的簡(jiǎn)易電子秤通過(guò)特制稱(chēng)重傳感器模塊實(shí)現壓力與電信號的轉換，信號處理模塊抑制共模信號放大微弱信號，并加入調零電路，后級高精度16位AD數據采集處理模塊有效保證精度，本系統可實(shí)現0-500g范圍內的精確稱(chēng)重，誤差0.5g，精度可達1%。另外系統采用TM4作為控制核心進(jìn)行數據處理并通過(guò)雙TFT彩屏進(jìn)行圖像數據顯示。

系統由稱(chēng)重傳感器模塊，信號處理模塊，數據采集模塊，控制模塊，顯示模塊及電源模塊組成。系統總體框圖如圖1所示。

2.系統硬件設計

2.1 傳感器模塊

重量作為力學(xué)信號需要變?yōu)殡娦盘柌趴梢赃M(jìn)行采集。通過(guò)電阻應變片可實(shí)現這一過(guò)程，但電阻應變片有效應變范圍（300±0.2Ω），阻值變化非常微弱，使用單電橋放大電壓信號；同時(shí)粘貼應變片的金屬材質(zhì)也對靈敏度有很大影響，本系統使用彈性好、恢復性佳的鈦合金板作為稱(chēng)重桿，使系統靈敏度得到很大提高。

2.2 信號處理模塊

電橋輸出的差分信號仍然很微弱另外存在較大共模干擾及失調電壓，需要加以處理，其包含信號放大及調零電路。

信號放大電路：電橋輸出的差分信號共模干擾較大，采用TI公司的儀表放大器INA128對電橋輸入的差分信號進(jìn)行放大，有效抑制共模信號；電橋輸出信號微弱，需要進(jìn)行放大，采用多級放大電路實(shí)現約60dB增益。由噪聲公式知第一級放大倍數應盡量大以減小總噪聲，綜合考慮，第一級用INA128實(shí)現50倍放大（Rg=1k），第二級使用低噪聲運放OPA227反相放大，微調放大倍數，同時(shí)對電源進(jìn)行去耦處理，濾除交流干擾。該放大電路噪聲低，共模抑制比高，有效放大差模信號。電路如圖2所示。

信號調零電路：電橋傳感器具有固有失配，橋式電阻傳感器有固有電壓差，為了對信號進(jìn)行更好檢測計算，需要調零電路。信號放大后接減法器進(jìn)行調零校準，很好的解決了系統的非線(xiàn)性問(wèn)題，從而提高精度。調零電路如圖3所示。

2.3 數據采集模塊

AD采樣分辨率是高精度測量的關(guān)鍵，實(shí)現0-500g范圍0.5g的最大誤差則AD分辨率需在10位以上。采用TI公司的16位精密ADC：ADS1110。

2.4控制、顯示及電源模塊

控制模塊選用TI公司32位單片機TM4；顯示模塊選用兩塊TFT彩屏，一路作為總顯示器（銷(xiāo)售者視角）顯示菜單及詳細設置信息，一路作為副顯示器（購買(mǎi)者視角）僅顯示單價(jià)重量等信息，具有人性化設計；電源模塊略。

3.系統軟件設計

系統軟件設計分為：AD采樣數據處理；LCD簡(jiǎn)單圖形界面顯示；鍵盤(pán)輸入設置。主要流程如圖4所示。

TM4對AD采樣的信息進(jìn)行數字濾波經(jīng)多次采樣取均值處理得到結果，以提高精度；

簡(jiǎn)單圖形界面由不同界面窗口及窗口控件（按鍵）組成；主界面和設置界面通過(guò)鍵盤(pán)直觀(guān)明了的進(jìn)行數據功能設置；主界面負責顯示：物品名稱(chēng)，單價(jià)，重量，物品總價(jià)；設置界面能夠設置不同物品的單價(jià)，去皮功能；

4.測試結果分析

為了檢測系統精度，對1g-500g中每隔5g增加砝碼進(jìn)行稱(chēng)重，穩定后顯示屏顯示ADC采集到的實(shí)際數據，共取得49個(gè)點(diǎn)，通過(guò)MA-TALB軟件對這些數據進(jìn)行擬合，由擬合的結果（圖5）分析可得：設計的電子秤采樣值和實(shí)際重量大約成線(xiàn)性變化，且具有較高的精度。

5.結語(yǔ)

本系統很好地實(shí)現了高精度簡(jiǎn)易電子稱(chēng)的制作。在材質(zhì)方面，我們選擇了彈性極佳的鈦合金；電路上使用儀表放大器抑制共模、降低噪聲，添加調零電路；使用高精度AD采樣并使用MATALB進(jìn)行擬合分析都有效提升了精度。系統實(shí)現1-500g稱(chēng)重，最大誤差0.5g，精度達1%。