【文章內(nèi)容簡介】 有重現(xiàn)性；穩(wěn)定可靠。就以上要求本設(shè)計(jì)所使用的稱重傳感器為 YZC1B型傳感器，該傳感器是 10kg量程的電阻應(yīng)變片式傳感器，在激勵電壓為 5V的條件下輸出，滿量程時(shí)輸出為 10mV，該稱重傳感器的實(shí)物如圖 22。 圖 22 稱重傳感器實(shí)物圖 其結(jié)構(gòu)為由電阻應(yīng)變片搭接的惠更斯全臂電橋貼于鋁塊載體上。應(yīng)變片是鎳鉻絲或康銅絲繞成柵狀（或使用薄金屬箔腐蝕成柵狀）夾在兩層絕緣的薄片中制成。 YZC1B 稱重傳感器上表面鑲嵌兩片應(yīng)變片，同時(shí)下表面也有兩個(gè)同樣的應(yīng)變片，上下連接形成全臂電橋，當(dāng)應(yīng)變片不受外力時(shí)，輸出的電壓為零，當(dāng)受外力作用時(shí)，上表面的應(yīng)變片電阻變大，下表面的應(yīng)變片電阻變小，使電橋不平衡，由于相同的電阻絲其電阻的變化量相同，所以輸出的電壓與電阻的變化量成線性 12 關(guān)系，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓信號， 此過程完成了將外力轉(zhuǎn)換為電信號的過程，這樣就測量出重量的大小。 外接的 5 根線分別是一根屏蔽線，兩根輸出線，兩根供電線。當(dāng)未載物時(shí)傳感器內(nèi)部電橋橋臂上的電阻滿足這樣的條件： R1*R3=R2*R4，電橋平衡，輸出的電壓為零；載物時(shí)鋁塊發(fā)生微小形變，致使貼在上面的電阻應(yīng)變片也發(fā)生形變，從而導(dǎo)致應(yīng)變片電阻發(fā)生變化，破壞電橋平衡，使電橋輸出微弱電壓，其輸出的電壓與電阻的變化量（外力變化量）成近似的線性變化，線性度小，這極大地方便了后續(xù)軟件根據(jù) A/D 值計(jì)算處理得到重量。 質(zhì)量的計(jì)算 由于本設(shè)計(jì)所選的 YZC1B 型電阻應(yīng)變片式電橋結(jié)構(gòu)的稱重傳感器具有良好的線性度，所以為后續(xù)數(shù)據(jù)處理帶來了很大方便。本設(shè)計(jì)使用線性擬合軟件CurveExpert 來擬合 A/D 值與實(shí)際重量之間的函數(shù)關(guān)系。主控芯片內(nèi)部的單周期乘法和硬件除法為重量的快速計(jì)算提供硬件支持。隨著質(zhì)量的增大，稱重傳感器的線性度下降，再配以人工補(bǔ)償，以保證精度。在校正精度時(shí)，選用了 M1等級的高精度不銹鋼砝碼以確保電子秤的精度。 13 第 3章 電子秤硬件電路設(shè)計(jì) A/D 采集的電路設(shè)計(jì) 對于電子秤的設(shè)計(jì)，核心問題是 A/D轉(zhuǎn)換。只有正確的選擇 A/D轉(zhuǎn)換芯片的類型才能才 能做出高精度的電子秤。 本論文設(shè)計(jì)的電子秤使用一款 24 位的Σ Δ（ Sigma173。Delta）型 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 HX711。在電子秤的實(shí)際使用中，由于人們對重量測量速度的要求不高，所以使用這款高分辨率的慢速 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 Σ Δ型的 A/D 芯片是由 1 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、積分器和比較器等組成 [8]。在原理上近似于積分型 A/D，將輸入電壓量變換成脈沖寬度（即時(shí)間信號）信號，經(jīng)過數(shù)字濾波器的處理之后得到數(shù)字量 [9]。電路的數(shù)字部分容易做到單片化，因此極易做到高分辨率。由于輸出的數(shù)字量與模擬輸入量之間有較長的延時(shí) ，所以這類 A/D 芯片適用于那些模擬信號近似直流或變化很慢的應(yīng)用場合，如溫度測量、流量測量和壓力測量等。 HX711 與同類型其它 A/D 芯片相比，其內(nèi)部集成其它同類型芯片所需要的外圍電路，如內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器和穩(wěn)壓電源等，具有集成度高、抗干擾性強(qiáng)、響應(yīng)速度較快等優(yōu)點(diǎn)，使用該芯片設(shè)計(jì)的電子秤既能降低了整機(jī)成本又提高了電子秤的可靠性和抗干擾性。 該芯片與主控芯片的連接電路非常簡單，只有 DATA 和 SCLK 兩條線連接與主控芯片連接，兩個(gè)控制信號由管腳驅(qū)動，且無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。在輸入指定的脈沖數(shù)可任意選取通道 A 或通 道 B 以及增益，通道 A 的可編程增益為128 和 64，對應(yīng)滿額度的差分輸入信號幅值分別為177。 40mV 和177。 20mV，通道 B 則為固定為 64 增益。芯片內(nèi)部的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器供電，系統(tǒng)板上無需另外提供電源，可以保證傳感器的準(zhǔn)確度。 HX711 的工作溫度范圍為 20~ +85℃，工作電壓范圍為 ~，可同步抑制 50Hz 和 60Hz 的電源干擾，典型工作電流： （含穩(wěn)壓電源電路），斷電電流： 1181。A，可見該芯片是功耗極低的，適合運(yùn)用于充電的便攜式設(shè)備中，較大的工作溫度范圍和寬電壓決定了該芯片能應(yīng)用在較 惡劣的場合。 HX711 的硬件電路如圖 31。 14 VSUP1BASE2AVDD3VFB4AGND5VBG6INNA7INPA8INNB9INPB10PD_SCK11DOUT12XO13XI14RATE15DVDD16HX711HX711DVDDDVDDDGNDQ285501234P2123R11AGNDR12100R13100E+ESS+AGNDAGNDAGNDDGND1234P3Header 4HX_DOUTHX_DOUTHX_SCKHX_SCKC2110uFC231uFC2010uFL1FBAGND DGNDR1405V 圖 31 HX711 的硬件電路 圖中 E+和 E分別連接 5V和地線，為芯片供電， S+和 S連接稱重傳感器的輸出端。本設(shè)計(jì)使用 HX711 內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器（引腳 XI接地）， 10Hz 的輸出數(shù)據(jù)速率（引腳 RATE 接地）。芯片供電電壓取用 5V，片內(nèi)穩(wěn)壓電源電路通過片外三級管 8550 和滑動變阻器 R11 向傳感器提供穩(wěn)定的低噪聲模擬電源（圖中 E+和E）。在程序設(shè)計(jì)中選用通道 A，所以 INNA 和 INPA 與傳感器相連，通道 B 接地。 單片機(jī)外擴(kuò)電路設(shè)計(jì) STM32F103RBT6 的最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 STM32F103RBT6 作為主控芯片。該芯片使用 CortexM3 架構(gòu)，支持 Thumb2指令集，最高支持 72MHz 工作頻率，在存儲器的 0等待周期訪問時(shí)可達(dá) ，而且具備單周期乘法和硬件除法。在存儲器方面，該片有 128K字節(jié)的閃存程序存儲器和高達(dá) 20K 字節(jié)的 SRAM。片內(nèi)的帶校準(zhǔn)功能的 32kHz RTC振蕩器和后備供電 VBAT，可為實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供精確的定 時(shí)和掉電不掉時(shí)提供支持[1][2]。 ~ 的供電電壓和睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式可為電子秤的低功耗提供硬件支持。該芯片還擁有多達(dá) 51個(gè)快速 I/O 端口，并且所有 I/O 口可以映像到 16個(gè)外部中斷，幾乎所有端口均可容忍 5V 信號，即兼容 5V 數(shù)字電平 [1][2]。STM32F103RBT6 的引腳圖如圖 32。 15 VBAT1PC13TAMPERRTC2PC14OSC32_IN3PC15OSC32_OUT4PD0/OSC_IN5PD1/OSC_OUT6NRST7PC0/ADC123_IN108PC1/ADC123_IN119PC2/ADC123_IN1210PC3/ADC123_IN1311VSSA12VDDA13PA0WKUP/WKUP/USART2_CTS/ADC123_IN0/TIM2_CH1_ETR/TIM5_CH1/TIM8_ETR14PA1/USART2_RTS/ADC123_IN1/TIM5_CH2/TIM2_CH215PA2/USART2_TX/TIM5_CH3/ADC123_IN2/TIM2_CH316PA3/USART2_RX/TIM5_CH4/ADC123_IN3/TIM2_CH417VSS_418VDD_419PA4/SPI1_NSS/DAC_OUT1/USART2_CK/ADC12_IN420PA5/SPI1_SCK/DAC_OUT2/ADC12_IN521PA6/SPI1_MISO/TIM8_BKIN/ADC12_IN6/TIM3_CH122PA7/SPI1_MOSI/TIM8_CH1N/ADC12)IN7/TIM3_CH223PC4/ADC12_IN1424PC5/ADC12_IN1525PB0/ADC12_IN8/TIM3_CH3/TIM8_CH2N26PB1/ADC12_IN9/TIM3_CH4/TIM8_CH3N27PB2/BOOT128PB10/I2C2_SCL/USART3_TX29PB11/I2C2_SDA/USART3_RX30VSS_131VDD_132PB12/SPI_NSS/I2C2_SMBAI/TM1_BKIN33PB13/SPI2_SCK/I2S2_CK/USART3_CTS/TIM1_CH1N34PB14/SPI2_MISO/TIM1_CH2N/USART3_RTS35PB15/SPI2_MOSI/I2S2_SD/TIM1_CH3N36PC6/I2S2_MCK/TIM8_CH1/SDIO_D637PC7/I2S3_MCK/TIM8_CH2/SDIO_D738PC8/TIM8_CH3/SDIO_D039PC9/TIM8_CH4/SDIO_D140PA8/USART1_CK/TIM1_CH1/MCO41PA9/USART1_TX/TIM1_CH242PA10/USART1_RX/TIM1_CH343PA11/USART1_CTS/CANRX/TIM1_CH4/USBDM44PA12/USART1_RTS/USBDP/CANTX/TIM1_ETR45PA13/JTMS/SWDIO46VSS_247VDD_248PA14/JTCK/SWCLK49PA15/JTDI/SPI3_NSS/I2S3_WS50PC10/UART4_TX/SDIO_D251PC11/UART4_RX/SDIO_D352PC12/UART5_TX/SDIO_CK53PD2/TIM3_ETR/UART5_RX/SDIO_CMD54PB3/JTDO/TRACESWD/SPI3_SCK/I2S3_CK55PB4/JNTRST/SPI3_MISO56PB5/I2C1_SMBAI/SPI3_MOSI/I2S3_SD57PB6/I2C1_SCL/TIM4_CH158PB7/I2C1_SDA/FSMC_NADV/TIM4_CH259BOOT060PB8/TIM4_CH3/SDIO_D461PB9/TIM4_CH4/SDIO_D562VSS_363VDD_364U1STM32GNDGNDGNDGNDGNDPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10PC11PC12PC13PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA8PA9PA10PA11PA12PA13PA14PA15PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PB8PB9PB10PB11PB12PB13PB14PB15PD2OSC32_INOSC32_OUTOSC_INOSC_OUTRESETBOOT0C11104C10 104VBATC9 104JTDOJTRSTJTDIJTCKJTMSC2104C710uFLCD_D0LCD_D1LCD_D2LCD_D3LCD_D4LCD_D5LCD_D6LCD_D7LCD_D8LCD_D9LCD_D10LCD_D11LCD_D12LCD_D13LCD_D14LCD_D15LCD_CSLCD_WRT_MISOT_MOSILCD_RSLCD_RDBL_CTRT_CST_CLKT_PENHX_DOUTHX_SCKGNDR1100kC8104*測控 101 張城照 圖 32 STM32F103RBT6 引腳圖 主控芯片外接 8MHz 和 的石英晶振，最高工作頻率達(dá) 72MHz，其中， RTC的輸入頻率，為實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供精確的頻率 [14]。外接晶振的硬件電路如圖 33。 1 2Y18MHzC610pC510pR41M1 2Y210pC410pGNDOSC32_INOSC32_OUTOSC_INOSC_OUT 圖 33 外接晶振電路圖 圖 33 為主控芯片的復(fù)位電路和后備電源電路。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，電容 C1 充電，此時(shí) RESET 為 0 電位，芯片復(fù)位， C1 充滿電后，電路相當(dāng)于斷路， RESET為高電平，進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)按鍵 KP1 按下時(shí)， RESET 接地，使 RESET 為 0 電位，產(chǎn)生復(fù)位，一般低電平持續(xù) 20us之后，可實(shí)現(xiàn) 有效復(fù)位 [15]。后備電池 BAT1通過二極管 D2連接到主控芯片的 VBAT腳，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“掉電不掉時(shí)”的功能，如圖 34。 16 B1BAT1D2D1GNDKP1RESETR310KVBATC1104 圖 34 復(fù)位電路