為克服傳統(tǒng)秤精度和功耗等不足，介紹專門為電子秤應(yīng)用設(shè)計的片上系統(tǒng)芯片(system on chiP，SOO PS081 的高精度和低功耗特性，以及在低功耗太陽能設(shè)計中的應(yīng)用，硬件部分對上電電路和外圍電路進(jìn)行設(shè)計，軟件部分在 掃描和測量模式下實現(xiàn)中值濾波、延遲、LCD數(shù)字顯示等部分功能。

0.引言

片上系統(tǒng)芯片PS081是德國acam公司專門為電子秤應(yīng)用設(shè)計的數(shù)字測童芯片，與傳統(tǒng)的電子秤相比有著許多競爭優(yōu)勢，高精度、低功耗，創(chuàng)新的產(chǎn)品理念、環(huán)保產(chǎn)品內(nèi)涵和具有市場競爭力的價格優(yōu)勢' 因此PS081在太陽能電子秤上的解決方案成為國內(nèi)電子秤廠商的最優(yōu)選擇,為該產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)型帶來

了一個很好的契機(jī)。

1.PS081高精度測量原理

如圖1所示，PS081應(yīng)變測量原理是通過測董 放電吋間來間接體現(xiàn)的。放電時間是測攝應(yīng)變電阻 通過一個放電電荇Cload放電來獲得，正句變化和反 向變化的應(yīng)變電阻的放電時間都會被進(jìn)行測童，閃 此兩個放電吋間的比值則會反映應(yīng)變電阻的變化信息。時間測擻是通過高精度內(nèi)部時間單元完成， 通過對電界充放電時間的測董得到電阻值，并且可 以達(dá)到15ps的測量準(zhǔn)確度，通過平均其至可以達(dá)到 0.5 ps的測量準(zhǔn)確度。

PS081芯片是為稱重電子秤所專門設(shè)計的超低功 耗SOC (system on chip)片上系統(tǒng)方案。這個芯片內(nèi) 部集成了 24位的微處理器并且發(fā)揚(yáng)了 PICOSTRAIN 測量原理的優(yōu)勢。因此整個系統(tǒng)包括傳感器本身的 電流消耗，可以被減少到一個非常低的水平。PS081 作為電池驅(qū)動電子秤和太陽能驅(qū)動電子秤的理想選擇， 這個芯片的精度可以允許通過電池供電系統(tǒng)建立高精度OIML校準(zhǔn)電子秤；當(dāng)然同樣也適于基于金屬 應(yīng)變測量的扭矩測量以及其他力學(xué)測量應(yīng)用。圖2 所示為4個金屬應(yīng)變傳感器組成的PICOSTRAIN半 橋連接測董方式。另外該芯片還集成了 LCD驅(qū)動, 可直接驅(qū)動4*14，3*15段LCD，并帶有包含有強(qiáng)大的 函數(shù)指令的3K ROM和2K可擦寫存儲EEPR0M,4線串行SPI接口，內(nèi)部還帶有10kHz晶振為系統(tǒng) 芯片提供時鐘源。

2.PS081在太陽能電子秤硬件部分

如圖3所示,在完全黑暗的狀態(tài)下，所有的電容 將會被放電，而U5為高阻抗?fàn)顟B(tài),U4的輸入電壓為零，這個時候PS081是沒有電壓供電的。如果將燈打 幵，那么太陽能電池板的電流將會給(:17充電,然后 電壓檢測部分供電。(R7,R14,Q1,U3)當(dāng)在C17的 電壓超過3.5 V的時候,U3將會開啟，這時U5將會 脫離高阻狀態(tài)而升到C17的電壓水平。U4的供電電ffi為3.5 V,那么將會整壓到2.5 V輸出供給PS081,然后PS081將會開始工作。由于在VCC-R后面的所有電容都需要通過C17充電到電源電壓，那么由于C17要提供必須的電路,VCC-R的電壓將會下降。

太陽能電池板對于如此高的電流脈沖是比較弱的。C17的電壓必須要保持大于2.55 V的狀態(tài),否則U4將不能夠調(diào)節(jié)出2.5 V的電壓給PS081。

通過這個電路在光線較差的情況下也可以獲得一個快速安全的啟動效果。本設(shè)計采用Sinonar公司的太陽能電池板，由8條無定形硅板組成，太陽能電池板必須要在最小光線條件下3 的時候給出大

于3.6V的電壓,否則將不能夠啟動電路。

圖4中P1連接LCD-AD5287,外部晶振選用QC5TCT-G,部分管腳引出便于系統(tǒng)擴(kuò)展。

3.軟件部分設(shè)計

太陽能人體秤的應(yīng)用軟件具有基于帶有自動 零點(diǎn)跟蹤的自動幵啟功能,在睡眠關(guān)閉的模式下， 砰會對傳感器以低精度進(jìn)行持續(xù)的掃描。另外，傳 感器的補(bǔ)償也會以正常精度進(jìn)行測量。如果在掃 描模式中，重量被檢測到，那么秤將會切換到正常 測童模式。

在關(guān)閉休眠狀態(tài)下，掃描零點(diǎn)補(bǔ)償來糾正檢測 到重量時秤重的重董值,如果電11值正常,在上電部 分被配S為最小電流，那么需要等待火概1 min之 后，測量配置將會載入,初始的補(bǔ)償值將會被測量， 然后在掃描模式下初始的補(bǔ)償值被記錄。接下來，如 圖5所示,系統(tǒng)進(jìn)入掃描模式，每過5 min進(jìn)行一次 補(bǔ)償值獲取。如果在秤重后一段時間沒有重量即空 載，則將會自動進(jìn)入掃描模式。如圖6所示，在系統(tǒng) 獲得測量補(bǔ)償值初始化后，進(jìn)入測量模式^。本程序 是在PS081 Assemble軟件環(huán)境下編寫的％當(dāng)有重 量的時候秤會自動開啟，還有中值濾波、零點(diǎn)補(bǔ) 償、LCD顯示數(shù)字、自動開啟、自動關(guān)閉等程序功能。

4.結(jié)束語

PS081作為德國acam公司的最新一代單芯片 方案，因其獨(dú)特的測童原理可以實現(xiàn)超低的電流消 耗,應(yīng)用該芯片可以建立非常強(qiáng)大的太陽能電池板 驅(qū)動電子秤，當(dāng)然同樣也適用基于金屬應(yīng)變測量的扭矩測量以及其他力學(xué)測童應(yīng)用。此芯片能夠很好的發(fā)揮PICOSTRAIN測量原理的優(yōu)勢，并為數(shù)字傳感器的發(fā)展掀開了新的篇章。本設(shè)計的軟件部分實現(xiàn)了太陽能秤的部分功能還有待進(jìn)一步完善。