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行業動態

當前位置:首頁>>新聞中心>>行業動態 發布時間:2017-06-28 02:29:00

基于單片機的簡易電子秤

時間:2017-06-28 02:29:00 來源:本站 點擊數:622

系統主要由單片機、應變片傳感器模塊、差動放大模塊IN333構成的A/D轉換模塊(HX711AD采集芯片)、顯示 模塊、電源模塊組成。通過系統軟硬件調試,可以測量從lg~500g的重量,且誤差較小,可滿足設計要求。

1.方案論證

處理器模塊:采用STC公司的STC12C5A60S2,此單片機超 強加密、高速,高可靠、低功耗,超低價、強抗靜電,強抗十擾,且 具有內部A/D轉換接口不需要外接A/D轉換芯片,具有內部D/ A轉換PWM,操作也較為簡單,性價比較高。

傳感器模塊:采用臂全橋傳感器電路,該電路具有零點補 償,消除了溫度帶來的誤差,測試結果誤差大大減小,靈敏度很 高,可以用于微小物體的測量。

差動放大模塊:采用TI公司的IN333芯片構成差動放大器 模塊電路。IN333為集成運放芯片,只需要給其供電,并接人一 個相應大小的電阻就可以很好的控制器放大倍數。優點:電路 簡單,引人十擾較小且更為精確。

木系統先通過四臂全橋電路將應變片的電阻變化量轉化 為電壓信號輸出,但輸出的電壓信號過小單片機無法檢測,因 此該信號需經IN333放大電路放大后再接人A/D采集模塊,最 后送單片機進行計算,并顯示當前的重量。

2.理論分析與計算

2.1應變片的貼法和粘貼位置

應變片的粘貼:應變片只有與試件一同伸縮,才能較好的 反映試件的應變,所以應變片必須粘貼在試件上粘貼要牢固。 粘貼的位置對最終的測量起到至關重要的作用,位置不對測試 的結果也很難準確。

2.1.1 應變片的粘貼

粘合劑的選用:選用粘合劑時,要根據應變片的基片材 料、工作溫度、潮濕程度、穩定性要求、有無化學腐蝕、粘貼時間 等多個因素合力選擇粘合劑。常用有502、環氧樹脂,703硅膠等。

試件處理:為了保證一定的粘合強度,必須將試件表面 處理十浄,清除雜質、油污及表面氧化層等。粘貼表面保持平 整,表面光滑。

2.1.2應變片的位置

粘貼應變片的位置很重要,對試件進行分析計算找出試件 的應變區將應變片良好的粘貼在應變區才會得到較準確的測量數值。

軸向拉伸試驗,粘貼在應變區后粘貼角度也會影響最終的 測量。假設軸向應變為A,橫向變形系數為U,橫向應變為- UA粘貼角度偏差為X。則實際應變為。

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2.2四臂全橋

四臂全橋在實驗過程中四個橋臂的電阻阻值都會發生變 化,且四臂電橋相比于單臂和雙臂電橋測量準確性大大提高, 也更加靈敏,具有零點補償,和溫度補償在惡劣環境中也可以 較好工作。并且在橋式電路中相鄰應變片應該接相反電阻變 化的(即拉伸的應變片與壓縮的應變片必須都相鄰)。電橋電 路如圖1所示:

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2.3輸入輸出數據擬合方程

通過A/D采集模塊后,單片機會接收到電壓值所對應的數 字量,必須找到該數字量與砝碼重量的對應關系。因此將1g? 500g砝碼依次放人托盤,測量10次加砝碼和減砝碼的數據,通 excel表格,找出多次測試數據之間的擬合方程,依據該擬合 進行程序設計。

2.4懸臂梁選擇

懸臂梁在試驗中起著至關重要的作用,應變片粘貼在上 面,主要的受力體與形變體。懸臂梁的形狀是實驗結果的準確 性決定性因素,懸臂梁材料最好選用鋁合金或其他合金其形變 性更好,對應變力的測量更為準確,其他材料也可以作為懸臂 梁的材料但測量結果與合金相比還是有一定差距。市面上的 懸臂梁都是合金材料,不含鐵,無法滿足設計要求。經過多次 實驗,木設計最終確定用兩片鋼條含鐵,可被磁鐵吸附)來作 為懸臂梁。

3.電路與程序設計

3.1系統組成

系統主要由應變片傳感器模塊、差動放大模塊,A/D轉換 模塊、顯示模塊、電源模塊組成。應變片傳感器模塊主要由傳 感器橋式電路構成;差動放大模塊主要由IN333構成差動放大 電路;A/D采集模塊主要由HX711AD采集芯片來實現;顯示模 塊采用顯示較為全面直觀的12864作為顯示器件;電源模塊用 的是整流橋加三端穩壓管構成直流穩壓電源。系統框圖如圖2 所示:

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3.2硬件電路設計

硬件電路設計部分主要是差動放大電路,差動放大電路是 TI公司的芯片IN333、基準源構成。IN333TI公司生產的 一款自歸零的儀表放大器,具有軌到軌輸人輸出特性,同時其 內建的射頻十擾濾波器可以有效減少空中電磁波對儀表放大 器輸人級的影響,并且芯片的REF引腳可以使輸出含有一個固 定的直流偏置,方便后端運放或ADC電路的設計,同樣的需要 一個低阻抗的電壓進行驅動。差動放大電路圖如圖3所示:

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在圖3中18腳連接電阻R15腳連接基準源TL431,電 阻R1控制增益的大小,基準源為放大提高靜態工作點做基 準。IN333增益大小為:

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