hx711簡易電子秤設(shè)計論文解析(編輯修改稿)
2024-12-11 19:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 (3) 漂移 稱重傳感器也產(chǎn)生與時間相關(guān)的漂移。 目前常用的稱重傳感器有電阻應(yīng)變式壓力傳感器、電容壓力傳感器、壓電式壓力傳感器。選用時應(yīng)按穩(wěn)定行、精度登記、壽命和安裝環(huán)境要求考慮，其主要特點如下： (1) 電容式壓力傳感器穩(wěn)定性較差，精度和靈敏度較高，壽命較短，對環(huán)境要求苛刻，不易長距離傳輸。 (2) 壓電式壓力傳感器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度高，壽命長，但大量程的壓力傳感器尚待進一步研究。 (3) 電阻應(yīng)變式壓力傳感器穩(wěn)定性較好，精度和靈敏度較高，壽命較長，對電子科技大學(xué)成都學(xué)院微電子技術(shù)系工程系統(tǒng)報 告 4 測 量環(huán)境要求不太嚴(yán)格。 綜上所述，選用電阻應(yīng)變式壓力傳感器作為電子秤稱重傳感器是最為合適的。電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。?，從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng)的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。電阻應(yīng)變式傳感器測量原理如圖 2 所示。 圖 2 電阻應(yīng)變式傳感器測量原理 當(dāng)垂直正壓力 P 作用于梁上時，梁產(chǎn)生形變，電阻應(yīng)變片 R R3 受壓彎拉伸，阻值增加； R R4 受壓縮，阻值減小。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器上的載菏 P 成正比，從而將非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出。 R R R3 和 R4 組成惠更斯電橋，將 2 對電阻應(yīng)變片的阻值變化轉(zhuǎn)變成輸出電壓，其工作原理如圖 3 所示。 圖 3 測量電橋原理 電子秤專用 24 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 及其電路 HX711 采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓第 2 章 設(shè)計方案 5 電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的 外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。 該芯片與后端 MCU 芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道 A 或通道 B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道 A 的可編程增益為 128 或 64，對應(yīng)的滿額度差分輸入信號幅值分別為177。 20mV或177。 40mV。通道 B 則為固定的 32 增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外 的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復(fù)位功能簡化了開機的初始化過程。 HX711 內(nèi)部方框圖如圖 4 所示。其外部管腳如圖 5 所示。 圖 4 HX711 內(nèi)部方框圖 電子科技大學(xué)成都學(xué)院微電子技術(shù)系工程系統(tǒng)報 告 6 圖 5 HX711 外部管腳圖 圖 5 為 HX711 芯片應(yīng)用于計價秤的一個參考電路圖。該方案使用內(nèi)部時鐘振蕩器 (XI=0)， 10Hz 的輸出數(shù)據(jù)速率 (RATE=0)。電源（ ～ ）直接取用與MCU 芯片相同的供電電源。通道 A 與傳感器相連，通道 B 通過片外分壓電阻與電池相連，用于檢測電池電壓。 圖 6 HX711 計價秤應(yīng)用參考電路圖 本課題設(shè)計的 HX711 電路如圖 7 所示： 圖 7 HX711 電路 第 2 章 設(shè)計方案 7 MCU 控制 (1) STC89C52 單片機概述 STC89C52 系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期 (1T)的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍，內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。 (2) STC89C52 單片機特點 增強型 8051 CPU， 1T，單時鐘 /機器周期，指令代碼完全 兼容傳統(tǒng) 8051 工作電壓： （ 5V 單片機）；工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通8051 的 0～ 80MHz；用戶應(yīng)用程序空間 。 4K//8K/16k/32K/64K 字節(jié)；片上集成1280 字節(jié) RAM；通用 I/O 口（ 32/36 個），復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O 口）； ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器 /仿真器。每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達(dá)到 20mA，但整個芯片最大不要超過 120mA；可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可 完成一片；有 EEPROM功能；看門狗；內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時，復(fù)位腳可直接 1K 電阻到地）；時鐘源：外部高精度晶體 /時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器；用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時鐘；常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： 單片機為： 11MHz ～ 17MHz；共 4 個 16 位定時器，兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 /計數(shù)器 ,16 位定時器 T0 和 T1，沒有定時器 2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器 ,再加上 2 路 PCA 模塊可再實現(xiàn) 2 個 16 位定時 器；外部中斷 I/O 口 4 路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒；通用全雙工異步串行口 (UART) ；工作溫度范圍： 40 ~ +85℃ (工業(yè)級 ) / 0 ~ 75℃(商業(yè)級 ) ；封裝： PDIP40, PLCC44。 (3) STC89C52 單片機管腳及封裝 STC89C52 單片機有多種封裝形式，本設(shè)計中選用 40DIP 封裝，其管腳定義如圖 8 所示。 電子科技大學(xué)成都學(xué)院微電子技術(shù)系工程系統(tǒng)報 告 8 圖 8 STC89C52 管腳圖 本課題設(shè)計的電子秤的單片機應(yīng)用電路如圖 9 所示： 圖 9 STC89C52 單片機電路 第 2 章 設(shè)計方案 9 圖中 DOUT和 PDSCK為單片機與 HX711的 AD轉(zhuǎn)換電路交換數(shù)據(jù)的通信線。 beep為蜂鳴器報警信號線， alert 為報警燈信號線， RXD 和 TXD 為串口通信線，也可以用于單片機程序的串行 ISP 下載。 電源模塊 單片機及其傳感器需要 供電，所以本系統(tǒng)采用 這顆三端線性穩(wěn)壓芯片作為來為整個系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的電源。 圖 231 電源模塊 電子科技大學(xué)成都
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