发布时间 : 星期四 文章基于单片机的电子秤设计 - 图文更新完毕开始阅读3b02e2b1f5335a8103d22000
基于单片机的电子秤设计
图3.3 电源电路图
220V的交流电经过变压器后输出15V的电压，经整流滤波电路后， 通过LM7812和LM7905进行DC/DC变换得到＋12V和+5V、-5V供器和系统的其他芯片使用。在变压器的原边加入熔断保护装置和MFC网络，使得系统获得的电源更稳定，效果更好，且电路短路时，熔断装置会迅速切断电源，保护其他电路元件不被损坏，供电电路如图3.3所示。
3.3 数据采集部分电路设计
数据采集部分电路包括传感器输出信号放大电路、A/D转换器与单片机接口电路。
3.3.1 传感器和其外围以及放大电路设计
传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确使用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。因此传感器外围电路的抗干扰能力是数据采集部分电路设计的关键环节。
传感器检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出，由于惠斯登电
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桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，又因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵消，所以在本设计中选用最终方案我们选择的是上海开沐自动化有限公司生产的NS-TH1系列称重传感器，额定载荷20Kg，该称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
由于传感器输出的电压信号很小，是mV级的电压信号，因此为了提高系统的抗干扰能力，在传感器外围电路的设计过程中，增加了由普通运放设计的差动放大器增益调节电阻Rg选用10K 电阻，是为了满足系统抗干扰的要求而设计。其电路图如3.2所示。
+10VR1112KR1514K+R125K+R2-V1R11.1K20K-A42.5VR1612KR4R24KRP1R3A210KR420KLM324-U0+10K-R171KR1413KA3+R310KR420K-+R132K 图3.2传感器和其外围电路图
这是一个电阻应变片式称重传感器，将电阻应变片贴在金属的弹性体（即力敏感器）上，并连接成一差动全桥电路。电阻应变片实心轴沿轴向线应变为：
?l??ll （3-1）
实心轴沿圆周向线应变为：
?r??rr （3-2）
金属材料的电阻相对变化公式为：
?RdR????1?2????E???K?RR (3-3)
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把3-1、3-1代入3-3可以得到其输出电压为：
U0?kU?1???F2AE (3-4)
其中F为压力（即重物重量）A为受力面积E为弹性材料的弹性模量。如果在电阻的两侧都加入应变片，则其输出为
U0?kU??kU6lF2Eb0h (3-5)
SP20C-G501的输出电压为1-5V相应压力为1-50KPa。供电电流变动会直接影响传感器的输出电压，因此希望电流变动要小。此外，增大或减小驱动电流可调整输出电压，但电流过小，输出电压降低同时抗噪声能力减弱；电流过大，会使传感器发热等，将对传感器特性影响加大。因此在电路中使用1mA的驱动电流。即使用的电流为1mA左右。电路中，采用通用运算放大器LM324，由稳态二极管VS提供2.5V的输出电压经电阻R2和R3分压得到基准电压，作为运放A1输入电压，并供给1mA的电流。传感器的驱动电流流过基准电阻R4，其上的压降等于输入电压。
R13和R14为失调电压的温度补偿电阻，阻值选择500k?-1.5M?。输入采用高输入阻抗的差动输入方式，再有差动放大器电路进行放大，输出1-5V的电压。RP2用于调整电路输入的灵敏度，RP1用于失调电压的调整，调整时，压力为0KPa时输出电压为1V，调整RP1，当压力为达到20Kg的力时，输出电压为5V即可。
而有式(3-5)得三运放放大电路的输出信号与输入信号的关系式为：
U0??R4?2R2??1????U1?U2?R3?R1?? (3-6)
通过上式可以看出，放大系数为
K??R4?2R2??1???R3?R1?? (3-7)
代入数值可以计算出，其放大系数在70～150之间，完全符合设计要求。
有(3-6)可以得到电桥输入电压U0与被测重量x成正比，即
U0?xK0Ur （3-8）
式中：Ur——电桥的电源电压 K0——传感器系数
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3.3.2 A/D转换芯片与AT89C51单片机接口电路设计
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。其引脚图如下:
3.3.3 测量算法
A/D转换结果D与被测量x存在以下关系：
D?XSKUmDFS （3-9）
式中：S——传感器及其测量电路的灵敏度（即被测量X转换成电压U的转换系数） K——放大器的放大倍数
Um——A/D转换器满量程输入电压 DFS——A/D转换器满量程输出数字 而被测量X总是以其测量数字N和测量单位x1表示
X?x1N （3-10）
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