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      基于電阻應(yīng)變片傳感器的數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)

      2016-04-12 12:56:58盧麗君
      工業(yè)設(shè)計(jì) 2016年9期
      關(guān)鍵詞:電橋電子秤去皮

      盧麗君

      仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院,湖北仙桃,433000

      基于電阻應(yīng)變片傳感器的數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)

      盧麗君

      仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院,湖北仙桃,433000

      本設(shè)計(jì)以MSP430F5529單片機(jī)為控制核心,由電阻應(yīng)變片檢測(cè)電路、儀表放大電路等組成。以電阻應(yīng)變片為傳感器裝置,將壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),經(jīng)過儀表放大器INA333放大后,輸入含有16位AD轉(zhuǎn)換精度的MSP430單片機(jī),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。電子秤稱重范圍為5.00g~500g,誤差小于0.5 g,實(shí)現(xiàn)了金額累加、查詢、去皮功能。

      電阻應(yīng)變片;MSP430F5529單片機(jī);INA333放大器

      基于電阻應(yīng)變片的電子秤設(shè)計(jì)首要問題是如何通過電橋電路將電阻應(yīng)變片產(chǎn)生的微小變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化 ,并且在放大差模信號(hào)的同時(shí)又能有效的抑制共模信號(hào)。為此,選擇共模抑制比較高的器件INA333,為了達(dá)到精度控制在1%,在稱重傳感器量程范圍內(nèi),使用 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,同時(shí)采用3.3V線性穩(wěn)壓電源,就可以測(cè)得較為精確的數(shù)據(jù)。為防止電沖擊,白噪聲,工頻干擾或者射頻干擾對(duì)測(cè)量的電壓值產(chǎn)生干擾,適當(dāng)添加濾波電路,確保測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

      1 總體設(shè)計(jì)框圖

      本設(shè)計(jì)利用電阻應(yīng)變片傳感器檢測(cè)被測(cè)物體的重量,再由放大電路把來自傳感器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大,傳給單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理,最后由紅外鍵盤輸入單價(jià)和功能選擇,12864液晶屏顯示重量和金額??傮w設(shè)計(jì)框圖如下圖1所示。

      圖1 電子秤總體設(shè)計(jì)圖

      2 應(yīng)變片的理論分析與計(jì)算

      電阻應(yīng)變片傳感器是將被測(cè)物體的重量變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化,其電阻變化范圍為0.0005~0.1歐姆。所以測(cè)量電路應(yīng)當(dāng)能精確測(cè)量出很小的電阻變化,在電阻應(yīng)變傳感器中最常用的是橋式測(cè)量電路。橋式測(cè)量電路有四個(gè)電阻,電橋的一個(gè)對(duì)角線接入工作電壓E,另一個(gè)對(duì)角線為輸出電壓Ug,由公式1計(jì)算。其特點(diǎn)是,當(dāng)四個(gè)橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時(shí),電橋輸出為零,否則就有電壓輸出,可利用靈敏檢流計(jì)來測(cè)量,所以電橋能夠精確地測(cè)量微小的電阻變化。

      公式2是全橋式電路的輸出,也就是由壓力轉(zhuǎn)換而來的電信號(hào),計(jì)算驗(yàn)證, 全橋電路的靈敏度是單臂電橋的四倍。

      3 電路分析與設(shè)計(jì)

      3.1 電阻應(yīng)變片檢測(cè)電路

      當(dāng)應(yīng)變片受力變形時(shí),金屬絲的長度和橫截面積也隨著應(yīng)變片一起變化,從而發(fā)生電阻變化, 全橋電路靈敏度高,其電路連接如下圖2所示。

      圖2 電阻應(yīng)變片全橋電路

      3.2 放大電路

      采用的集成運(yùn)放INA333,輸出端加入C1、C2是為了進(jìn)一步去掉紋波,R1為反饋電阻,其電路設(shè)計(jì)如下圖3所示。

      圖3 放大電路

      4 軟件設(shè)計(jì)

      本設(shè)計(jì)的主流程圖如圖4所示,稱重子程序流程圖如圖5所示。

      圖4 主流程圖

      圖5 稱重子程序流程圖

      5 測(cè)試結(jié)果

      5.1 5g~500g范圍測(cè)試

      將電子秤保持水平,依次將重量為5g~500g范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)砝碼放入托盤中,觀察并記錄液晶屏上顯示的數(shù)據(jù)、計(jì)算出稱重誤差,測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

      表1 5g~500g范圍測(cè)試數(shù)據(jù)

      根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知,稱重在5~500g之間誤差為0.4g。

      5.2 金額累加測(cè)試

      計(jì)算物品金額并實(shí)現(xiàn)金額累加測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示:

      表2 物品金額并實(shí)現(xiàn)金額累加測(cè)量數(shù)據(jù)

      根據(jù)上表2數(shù)據(jù)得出,電子秤可以實(shí)現(xiàn)物品金額計(jì)算并實(shí)現(xiàn)金額累加測(cè)量。

      5.3 去皮功能測(cè)量

      去皮功能測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示:

      表3 去皮功能測(cè)量數(shù)據(jù)

      根據(jù)上表3數(shù)據(jù)得出,電子秤可以實(shí)現(xiàn)去皮功能。去皮重量小于100克。

      6 總結(jié)

      測(cè)試結(jié)果表明,電子秤具有顯示、測(cè)量、計(jì)算金額以及金額累加等功能。重量小于50g,稱重誤差小于0.2g;重量在50g及以上,稱重誤差小于0.5g。

      [1]李艷,李新娥,裴東興.應(yīng)變式壓力傳感器及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù),2007.

      [2]王琦.電阻應(yīng)變式稱重傳感器的設(shè)計(jì)[J].木材加工機(jī)械,2005.

      [3]程江濤,蔣和生,張濟(jì)生.電阻應(yīng)變式微位移傳感器的設(shè)計(jì)[J].兵工自動(dòng)化, 2007.

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