【文章內容簡介】 有重現(xiàn)性；穩(wěn)定可靠。就以上要求本設計所使用的稱重傳感器為 YZC1B型傳感器，該傳感器是 10kg量程的電阻應變片式傳感器，在激勵電壓為 5V的條件下輸出，滿量程時輸出為 10mV，該稱重傳感器的實物如圖 22。 圖 22 稱重傳感器實物圖 其結構為由電阻應變片搭接的惠更斯全臂電橋貼于鋁塊載體上。應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變片，同時下表面也有兩個同樣的應變片，上下連接形成全臂電橋，當應變片不受外力時，輸出的電壓為零，當受外力作用時，上表面的應變片電阻變大，下表面的應變片電阻變小，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 關系，再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電壓信號， 此過程完成了將外力轉換為電信號的過程，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。當未載物時傳感器內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；載物時鋁塊發(fā)生微小形變，致使貼在上面的電阻應變片也發(fā)生形變，從而導致應變片電阻發(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 值計算處理得到重量。 質量的計算 由于本設計所選的 YZC1B 型電阻應變片式電橋結構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。本設計使用線性擬合軟件CurveExpert 來擬合 A/D 值與實際重量之間的函數(shù)關系。主控芯片內部的單周期乘法和硬件除法為重量的快速計算提供硬件支持。隨著質量的增大，稱重傳感器的線性度下降，再配以人工補償，以保證精度。在校正精度時，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 電子秤硬件電路設計 A/D 采集的電路設計 對于電子秤的設計，核心問題是 A/D轉換。只有正確的選擇 A/D轉換芯片的類型才能才 能做出高精度的電子秤。 本論文設計的電子秤使用一款 24 位的Σ Δ（ Sigma173。Delta）型 A/D 轉換芯片 HX711。在電子秤的實際使用中，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 轉換芯片。 Σ Δ型的 A/D 芯片是由 1 位 A/D 轉換器、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（即時間信號）信號，經過數(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 ，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，其內部集成其它同類型芯片所需要的外圍電路，如內部時鐘振蕩器和穩(wěn)壓電源等，具有集成度高、抗干擾性強、響應速度較快等優(yōu)點，使用該芯片設計的電子秤既能降低了整機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，兩個控制信號由管腳驅動，且無需對芯片內部的寄存器編程。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，適合運用于充電的便攜式設備中，較大的工作溫度范圍和寬電壓決定了該芯片能應用在較 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。本設計使用 HX711 內部時鐘振蕩器（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）。在程序設計中選用通道 A，所以 INNA 和 INPA 與傳感器相連，通道 B 接地。 單片機外擴電路設計 STM32F103RBT6 的最小系統(tǒng)硬件設計 本設計采用 STM32F103RBT6 作為主控芯片。該芯片使用 CortexM3 架構，支持 Thumb2指令集，最高支持 72MHz 工作頻率，在存儲器的 0等待周期訪問時可達 ，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 20K 字節(jié)的 SRAM。片內的帶校準功能的 32kHz RTC振蕩器和后備供電 VBAT，可為實時時鐘提供精確的定 時和掉電不掉時提供支持[1][2]。 ~ 的供電電壓和睡眠、停機和待機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 51個快速 I/O 端口，并且所有 I/O 口可以映像到 16個外部中斷，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 72MHz，其中， RTC的輸入頻率，為實時時鐘提供精確的頻率 [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 為主控芯片的復位電路和后備電源電路。當系統(tǒng)上電時，電容 C1 充電，此時 RESET 為 0 電位，芯片復位， C1 充滿電后，電路相當于斷路， RESET為高電平，進入工作狀態(tài)。當按鍵 KP1 按下時， RESET 接地，使 RESET 為 0 電位，產生復位，一般低電平持續(xù) 20us之后，可實現(xiàn) 有效復位 [15]。后備電池 BAT1通過二極管 D2連接到主控芯片的 VBAT腳，實現(xiàn)系統(tǒng)“掉電不掉時”的功能，如圖 34。 16 B1BAT1D2D1GNDKP1RESETR310KVBATC1104 圖 34 復位電路