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當前位置:首頁>>新聞中心>>行業動態 發布時間:2017-06-01 04:57:27

基于HX711數顯稱重儀的設計

時間:2017-06-01 04:57:27 來源:本站 點擊數:710

利用應變式傳感器、HX711、AT89C51模塊來設計數顯稱重儀,介紹了稱重儀的設計方案以及實施過程中應注意的問題。

本文設計的數顯稱重儀是基于電阻應變式傳感器、以單片機為控制核心的稱重控制顯示系統,測量范圍為0-10kg,測量精度±2g,液晶屏顯示測量數據,同時可將多次測量數據通過串口送計算機顯示。該系統具有精度高、性能穩定、操作簡便等特點。稱重儀設計框圖如下圖1所示:

硬件1.jpg

1.硬件電路設計

1.1 稱重傳感器

電阻應變式稱重傳感器由電阻應變片、彈性體和檢測電路等幾個主要部分組成。彈性體在外力作用下產生彈性變形,使粘貼在他表面的電阻應變片也隨同產生變形,電阻應變片變形后,它的阻值將發生變化(增大或減小),再經相應的測量電路把這一電阻變化轉換為電信號(電壓或電流),從而完成了將外力變換為電信號的過程。

檢測電路如圖2所示,將電阻應變片的電阻變化轉變為電壓輸出。因為惠斯登電橋具有很多優點,如可以抑制溫度變化的影響,可以抑制側向力干擾,可以比較方便地解決稱重傳感器的補償問題等,所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用。

硬件2.jpg

稱重傳感器一般有輸入輸出共四根線,輸出電阻一般為350Ω、480Ω、700Ω、1000Ω,輸入端一般會進行一些溫度、靈敏度的補償,輸入端電阻會比輸出端高20~100Ω,因此用萬用表量一下電阻值可以判斷出輸入輸出端子。

1.2 放大電路

應變式稱重傳感器輸出信號幅度很小(mV甚至 μ 量級),且常常伴隨有較大的噪聲。對于這樣的信號,電路處理的第一步通常是采用儀表放大器先將小信號放大。儀表放大器電路比簡單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。放大的最主要目的不是增益,而是提高電路的信噪比。本設計中儀表放大器采用了 OP07三運放的結構。如圖3所示。

硬件3.jpg

R1=R2,R3=R4,Rf=R5,電路的增益為:G=(1+2R1/RG1)(Rf/R3)。由公式可見,電路增益的調節可以通過改變RG1阻值實現。

1.3 A/D轉換電路

A/D轉換器采用電子秤專用芯片 HX711,這是一款專為高精度電子秤而設計的24位A/D 轉換器芯片。與同類型其它芯片相比,該芯片集成了包括穩壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路。

輸入選擇開關可任意選取通道  或通道B,與其內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,對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為 ±20mV  ±40mV。通道 B則為固定的32增益,所對應的滿量程差分輸入電壓為±80mV。通道B 應用于包括電池在內的系統參數檢測。本設計將儀表放大器輸出接至通道A 模擬差分輸入端,如下圖4所示。

硬件4.jpg

1.4單片機及接口電路

單片機采用 AT89C51芯片,與按鍵、液晶、計算機接口電路如圖5所示。HX711串口通訊線接至單片機p1.0p1.1口。經單片機處理后,將稱重數據送液晶顯示。同時將多次測量數據通過串口送計算機顯示。

硬件5.jpg

2.軟件設計

稱重儀的程序主要包括主程序、A/D 轉換子程序、液晶顯示子程序以及串口通訊子程序。其中 A/D轉換子程序尤為重要,選擇不同的輸入通道和增益,對應的程序也不同,選擇  通道,增益為128的程序如下。

unsignedlongReadCount(void)

{unsignedlongCount;unsignedchari;ADSK=0;//ADSK 是hx711時鐘引腳,起

始低電平Count=0;while(ADDO);

for(i=0;i<24;i++)//循環24次,讀取

hx711的24位輸出二進制數字量

{ADSK=1;Count=Count<<1;ADSK=0;if(ADDO)Count++;

 

ADSK=1;

Count=Count^0x800000;//第25個脈沖,對Count進行補碼處理

ADSK=0;return(Count);//ReadCount(void)子程序返回值為讀取的Count的24位數據量

3.電路實施中應注意的問題

1)檢測傳感器的輸入輸出特性往往只在一定范圍內近似線性,而在有些范圍內明顯呈非線性。因此需要準備大量的測試數據,以備軟件進行分段處理。

2)本次稱重傳感器的最大輸出信號僅為4mV左右,而我們采用的儀表放大電路是由三放及電阻、電位器構成,運放選擇、電阻阻值的精度、PCB布線等因素都會比集成儀表放大器產生更大的失調電壓漂移誤差,因此必須在軟件硬實施中采取措施減少誤差。

4.結語

對于電類專業學生來說,尋找一個合適的綜合實訓項目 作為課程教學與今后職業崗位之間的橋梁,數顯稱重儀不失為一個典型案例。上述電路只需更改前面的傳感器,即可實現測溫、測電壓、測電流等其它功能,適用性強。