本文設計了一種電子稱(chēng)重系統方案，該系統利用加速度傳感器MPU6050測得系統工作平面的傾斜角度，從而對電子秤建立稱(chēng)重補償模型，并提供了基于微處理器STM32的軟、硬件設計與實(shí)現方案，使稱(chēng)重系統在輕度傾斜的工作平面上仍然能 夠較為準確的稱(chēng)重。

引言

由于電子秤的結構以及重力等方而原因，電子秤在稱(chēng)量 物體時(shí)，其稱(chēng)量裝置一般都被要求放置在平坦、穩固的臺而 上，在使用前可以通過(guò)調節調整腳，使稱(chēng)重平而與水平而盡 量保持平行。如果一旦產(chǎn)生傾斜角度，那么勢必會(huì )影響稱(chēng)重 效果，因此，本文設計了一款根據傾斜角度進(jìn)行自動(dòng)補償的 高精度電子稱(chēng)重系統，有效的解決了由于傾角對稱(chēng)重造成的 影響。

1.原理分析

1.1傾斜角度的分析

一個(gè)高精度的電子稱(chēng)稱(chēng)重結果不僅僅取決于合理的機 械機構、良好的電路配合和高指標的傳感器，還要取決丁-稱(chēng) 重時(shí)是否水平。由于大多數傳感器都采用了電阻應變式傳感 器，當物體作用于傳感器時(shí)，其重力會(huì )使傳感器形成一個(gè)微 小的差分電壓信號，在經(jīng)過(guò)模數轉換后，經(jīng)過(guò)CPU進(jìn)行處理， 最終得到所稱(chēng)物體的實(shí)際重量。

當由于某種原因稱(chēng)重系統沒(méi)有工作在水平而，工作平而 與水平而存在一夾角0，如圖1所示。秤盤(pán)與其屮的被稱(chēng)物 體也隨之與水平而存在夾角0。從靜力學(xué)角度分析：

式屮：G為物體所受重力；P為稱(chēng)重傳感器垂直方向上 所受的力；F為水平方向上所受的力。

P垂直作用于稱(chēng)重傳感器是稱(chēng)重傳感器設計受力的方向， 在允許的范圍內，由此方向施力于稱(chēng)重傳感器電橋，輸出具 有良好的線(xiàn)性力。F平行于稱(chēng)重傳感器，根據系統傾斜方向 的會(huì )使傳感器發(fā)生整體拉仲、壓縮、扭曲和變形，會(huì )導致電 橋非線(xiàn)性輸出，但是，傳感器受力方向不是水平方向，由于 傳感器結構的原因，水平方向受力發(fā)生變形的敏感程度要遠 遠小于垂直方向，尤其是當0和G都很小時(shí)，水平方向上的 分量G sin0更是微乎其微甚至可以忽略。

由此，可以得出，當稱(chēng)處于非水平的情況下，其誤差為： e = G(1 - cos0)⑵

由式（2)可以看出，當物體重量相同時(shí)，誤差會(huì )隨著(zhù) 傾斜角度0的變大而變大。物體重量越大，誤差也就越大。 所以，傾斜角度的大小對稱(chēng)重的準確性上具有非常大的的影

響。

1.2傾斜角度的測量

本文使用MPU6050加速度傳感器測量X、Y、Z軸的加速 度，然后根據重力加速度與傳感器三個(gè)軸的分量關(guān)系，可以 計算出傾斜角度。

如圖所示，物體水平放置時(shí)的示意圖，X、Y軸加速度都 為0，

2.系統的設計與實(shí)現

2.1 系統結構

補償式智能電子秤主要有：電源模塊、控制模塊、稱(chēng)重 模塊、檢測模塊、AD轉換模塊、顯示模塊等部分組成。當物 體放在秤臺上時(shí)，稱(chēng)重傳感器獲得物體的重力，產(chǎn)生差分電 壓信號，經(jīng)過(guò)模數轉換器轉化成數字信號送到CPU處理，CPU 將處理過(guò)后的數據送到顯示電路進(jìn)行顯示。

當稱(chēng)重平而與水平而存在一定傾斜角度時(shí)，CPU不斷采 樣加速度傳感器兩個(gè)方向加速度對應的輸出電壓，通過(guò)內部 A/D轉換器得到可運算的數字量，再經(jīng)過(guò)一定方法的計算判 斷出稱(chēng)重系統工作平而的傾斜程度，根據不同的傾斜程度再 進(jìn)行相應的計算，即可得出經(jīng)過(guò)補償的稱(chēng)重數值或進(jìn)行報警 提示。整體框圖如圖3。

2.3傾斜角度數據處理

由于電子稱(chēng)的傾斜角度是通過(guò)加速度傳感器測量得來(lái) 的，所以?xún)A斜角度的準確性將會(huì )嚴重影響到整個(gè)系統的補償 效果，為了能夠得到穩定可靠的傾斜角度，將加速度傳感器 MPU6050輸出值進(jìn)行卡爾曼濾波處理。

3.實(shí)驗結果與誤差分析

將系統分別置于0°、5°和10°的傾斜角度下，進(jìn)行 實(shí)驗，分別取20g、50g、100g和200g的標準砝碼置于秤盤(pán) 上，獲得的補償前和補償后的重量及相關(guān)誤差如下表所示：

從表屮可以看出，誤差最大的達到了 3.87g，對其進(jìn)行 補償后，誤差降到了 0.12g，并且隨著(zhù)傾斜角度的增加，誤 差也越來(lái)越大，進(jìn)行傾斜角度補償后，其系統的性能有了大 幅度提升。

4.結論

本文設計了一種基于MPU6050加速度傳感器的傾斜角度 檢測補償的電子稱(chēng)，降低了稱(chēng)體傾斜對稱(chēng)重系統造成的誤差。 分別分析了傾斜角度的影響、傾斜角度的測量及傾斜角度的 補償模型，設計了系統的硬件，并且使用了卡爾曼濾波進(jìn)行 了數據處理，獲得了更加準確穩定的傾斜角度。最后，進(jìn)行 了實(shí)驗驗證，實(shí)驗結果顯示，本系統能夠很好的解決傾斜角 度對稱(chēng)重的影響.