本文針對戶(hù)外電子秤精度不夠高以及需外帶電源提供電力支持的問(wèn)題，提出了一種高精度微型太陽(yáng)能電子稱(chēng)的設計，使得傳統意義上的電 子秤有了更大改善，便于人們生活當中的使用。結果表明，微型太陽(yáng)能電子稱(chēng)可以精確的稱(chēng)量物體重量，太陽(yáng)能電池板充放電效率也非常好。

1.引言

1.1國內研究現狀

現今社會(huì )，無(wú)論是在企業(yè)、醫院交易市場(chǎng)、交易市場(chǎng)，還是小到每個(gè)家 庭，電子秤可以說(shuō)是隨處可見(jiàn)。它不僅擁有很多種類(lèi)，而且擁有巨大的市場(chǎng) 占有量。從日常生活中的簡(jiǎn)單的測量重量到工廠(chǎng)里產(chǎn)品的重量的檢測，電 子秤在越來(lái)越多的方面得到應用。隨著(zhù)市場(chǎng)需求的不斷變化以及測重技術(shù) 的飛躍發(fā)展，電子秤的技術(shù)性能趨向于高可靠性、高效率、高精確度?？偟?來(lái)說(shuō)，電子秤技術(shù)正越來(lái)越模塊化、集成化以及智能化。

1.2國外研究現狀

國際社會(huì )上，很多西方發(fā)達國家研制出的電子秤準確度高，可靠性高， 具有較高準確度、防水、耐腐蝕以及在高氣壓下正常工作的電子秤。目前， 我國己經(jīng)成功研制出了省電、功耗小以及能夠利用光能的電子秤，不僅精 度高，而且節能環(huán)保。

2.總體設計

2.1工作原理闡述

根據設計要求，首先要將物體重量這個(gè)非電量轉化為電量，因此需要傳 感器模塊，傳感器輸出的的電量與物體的重量有一定的對應關(guān)系;但是只依 靠這一關(guān)系推算出的重量不精確，而且不直觀(guān)，所以需要對傳感器輸出的數 據進(jìn)行處理;信號的處理一般選用單片機來(lái)進(jìn)行，但是單片機輸入的是數字 信號，而傳感器的輸出是模擬信號，因此在此之前還要對信號進(jìn)行模/數轉 換，再輸入單片機進(jìn)行處理;單片機輸出的信號可以采用數碼管顯示，或者 是LCD顯示，這樣得到的結果不僅準確性得到提高，而且比較直觀(guān)，給用戶(hù) 更好的體驗。除了以上功能模塊，本設計還加入了報警模塊。太陽(yáng)能電池方 面可以為微型電子稱(chēng)提供源源不斷的電源，無(wú)需備用電池及其它供電設備。

2.2傳感器的選擇

數據采集模塊電路的作用是將物體的重量這個(gè)非電量，轉換為電壓或 者電流這些電量形式，以便后續的處理、輸出，因此需要用到壓力傳感器。

方案一采用壓電式壓力傳感器晶體的正壓電效應是壓電式壓力傳感 器的主要工作原理。正壓電效應是指當改變外力的大小時(shí)，晶體內部的電 極性發(fā)生改變，所帶的電荷量也發(fā)生改變。因此，可以通過(guò)測得改變的電荷 量的大小，來(lái)得到施加的外力的大小。

市場(chǎng)上的壓電式傳感器種類(lèi)很多，它們都有體積小，動(dòng)態(tài)性好等優(yōu)點(diǎn)。 但是該傳感器的弱點(diǎn)也比較明顯：內阻較大、功率偏小，防噪聲性能不是很 突出，輸出特性被嚴重影響，因此由它輸出的能量比較薄弱，需要設計復雜 的外接電路進(jìn)行矯正。

方案二采用電阻式壓力傳感器

電阻應變式傳感器能夠將各種力學(xué)物理量轉換為電信號，主要是利用 電阻應變效應制成的。電阻式壓力傳感器以電阻應變片為主要部件，這種 電阻應變片不僅可以單獨用來(lái)充當傳感器，而且能作為敏感元件構成力學(xué) 量傳感器。電阻式壓力傳感器是一款常用的傳感器，擁有很多的優(yōu)點(diǎn)。使用 比較靈敏，測量精度高，穩定性較好，分辨力高;應用領(lǐng)域比較廣泛，許多機 械量傳感器都可以使用應變片制作而成;體積小，結構簡(jiǎn)單;操作簡(jiǎn)單方 便，用戶(hù)體驗較好，便于遠距離測量和商品化發(fā)展;對環(huán)境要求不高，可以 在惡劣情況下正常工作，適應能力出色，在頻率響應方面性能優(yōu)越。

綜合對比分析以上三種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，再考慮到本次設計的要求為 稱(chēng)重范圍0?5Kg，誤差不大于2g。因此，為了提高設計準確性、精確度以及 可靠性，本次設計選用的是第三種方案，即采用電阻式壓力傳感器。

2.3放大電路的選擇與A/D轉換器的選擇

方案一信號放大器采用AD620,A/D轉換器芯片采用ADC0832

信號處理的兩個(gè)部分可以分別由兩個(gè)模塊單獨來(lái)完成。

信號放大部分一般可以使用AD620。AD620是通過(guò)外接電阻來(lái)達到放 大的效果，增益范圍可調，且精度高，成本低。模/數轉換部分可采用較為常用 的ADC0832。ADC0832是一款雙通道，8位分辨率的A/D轉換器，采用的是逐 次逼近式的轉換方法。它的兼容性高，體積小，因此經(jīng)常被大家使用。將這兩個(gè)模塊連接形成電路，可以完成設計的指標，但是由于需要電路間的連接，所 以會(huì )產(chǎn)生一些不可避免的誤差和干擾，因此不是特別完美。而且ADC0832的 精度不算太高，對于需要高精度的電子秤來(lái)說(shuō)，不是最好的選擇。

方案二采用集成的高精度A/D轉換器HX711

HX711內部不僅集成了信號放大模塊，而且包含了一款高精度的24位 A/D轉換器。不僅如此，HX711內部還集成了完成放大和轉換功能所需要 一些外圍電路，比如穩壓電源，時(shí)鐘振蕩器等。它的優(yōu)點(diǎn)是精確度高，成本 低，抗干擾能力強卓越且響應迅速。此外，HX711與單片機之間主要是通過(guò) 管腳來(lái)驅動(dòng)的，接口電路簡(jiǎn)單，不需要對芯片內的寄存器進(jìn)行編程。

對比分析以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，可以發(fā)現第二種方案更有優(yōu)勢，所 以選擇使用HX711作為信號處理模塊的主要芯片。這樣不僅能夠節省成 本，而且可以大大的提高設計的準確性和可靠性。

3.太陽(yáng)能供電系統設計

3.1相關(guān)計算

（1）太陽(yáng)能電池板面積驗證

太陽(yáng)能電池的最大功率為Pomp =A(m2)*1000(W/m2)*Elf。式中:A為 電池面積，Elf為轉換效率。

若最大功率取0.03W，轉換效率取值10%，則最大所需面積為200cm2。 在日照充足情況下，太陽(yáng)能電池系統的電池板面積有足夠的空間進(jìn)行設計， 滿(mǎn)足直接給微型太陽(yáng)能電子稱(chēng)供電的同時(shí)仍然能夠給蓄電池進(jìn)行充電。

（2）蓄電池容量

若采用3V蓄電池系統，計算電流(非工作電流)為0.03W/3=0.1A。蓄電 池容量需求= 0.1Ax 12hx 2天= 2.4AH，12h為連續工作時(shí)間，2天為最大運 輸時(shí)間。另外為了防止蓄電池過(guò)充和過(guò)放，蓄電池一般充電到90%左右;放 電余留5%—20%左右。根據負載的不同，測出實(shí)際的損耗，實(shí)際的工作電 流受恒流源、鎮流器、線(xiàn)損等影響，預留20%-25%。因此，電池板的輸出功率 約為0.03W。

4.實(shí)驗設計及驗證

4.1材料清單

4.2制作注意要點(diǎn)

硬件電路部分涉及到電路設計的方方面面，不僅要考慮每個(gè)模塊內部 的電路如何搭建，器件如何選擇，還要考慮到各模塊之間的連接關(guān)系，選擇 最優(yōu)的布線(xiàn)方式。只有將各個(gè)方面都考慮周全，電子秤的精度和可靠性才 能夠得到保證。

4.3實(shí)驗測試

微型太陽(yáng)能電子稱(chēng)稱(chēng)重實(shí)驗數據，如圖表1

通過(guò)上述實(shí)驗可知，該微型太陽(yáng)能電子稱(chēng)靈敏度較高，太陽(yáng)能充放電 效率較好，適合在戶(hù)外等發(fā)雜環(huán)境適用。

5.總結

針對戶(hù)外電子秤精度不夠高以及需外帶電源提供電力支持的問(wèn)題，提 出了一種高精度微型太陽(yáng)能電子稱(chēng)的設計。根據太陽(yáng)能電池充放電原理， 為電子稱(chēng)進(jìn)行給電。最后，通過(guò)對微型太陽(yáng)能電子稱(chēng)的稱(chēng)重和太陽(yáng)能電池 充放點(diǎn)的效率進(jìn)行試驗證明了該方式的有效性。后續，將對系統設計進(jìn)行 優(yōu)化。