高精度電子秤的懸臂設計

一 ：前序

傳統的懸臂梁式電子秤次要以托盤式爲主,在懸臂梁上粘貼電阻式應變片構成稱重傳感器 ，應用傳感器的形變將質量轉換爲可測量的電信號 ！其懸臂梁組成材質次要爲鋁閤金的稱重傳感器,適用于電子計價秤、平臺秤、案秤等；

以鋼爲材料的懸臂梁傳感器適用于電子皮帶秤、分選秤 ！而以鋼爲懸臂梁材料設計的懸掛式高精度電子計價秤則較少 ！本設計以單片機爲控製器 ，以全橋爲應變片的粘貼方式 ，經過軟硬設計及實物調試 ，完成瞭鋼製懸臂梁懸掛式電子秤的設計 ，打破瞭傳統電子秤的懸臂梁材質和稱重物體的放置方式 ，在兼具精度的同時拓展瞭更多獸性化功用 ，有著較爲普遍的使用前景 ！

二 ：方案論證

1、方案1

采用超低功耗MSP430係列單片機爲控製器 ，應用儀錶縮小器INA333縮小信號的同時進步零碎的共模抑製比 ，應用24位高精度A/D轉換器ADS1256將電壓信號轉換爲數字信號經單片機處置後顯示 ！

2、方案2

采用國產STC係列單片機 ，結閤次要用于高精度稱重傳感器而設計的支持差分輸人的24位A/D轉換器芯片HX711 ，配閤其他核心電路完成對被測物體分量的顯示、價錢設置及語音播報功用 ！

3、方案比照

從單片機的處置速度解析MSP430爲16位處置器其處置數據纔能優于8位的STC單片機；從功耗的角度解析 ，方案1中的處置器和次要核心器件INA333、ADS1256爲超低功耗 ，優于方案2;從采集精度的角度解析 ，ADS1256容易遭到攪擾 ，對濾波要求較高而HX711則絕對波動 ！由于電子秤對處置速度要求不髙 ，本設計選擇性價比擬髙的方案2 ，以STC單片機爲控製器完成零碎的懸臂梁式電子秤的設計 ！

三 ：實際解析與計算

將應變片貼在被測定物上 ，使其隨著被測定對象的應變一同伸縮 ，此時應變片外部的金屬箔就隨著應變伸長或延長其電阻隨之變化 ！普通應變片的敏感柵運用的是銅鉻閤金 ，其電阻變化率爲常數 ，與應變成反比例關係 ！即 ：

ΔR/R=KXe

式中:R爲應變片的原電阻值 ，設計中選用的應變片爲120Ω;ΔR爲伸長或緊縮惹起的電阻變化;K爲應變常數；e爲試件外錶測點處與應變計敏感柵縱線方嚮平行的應變 ！不同的金屬材料有不同的比例常數K ！銅鉻閤金的K值約爲2 ！應變的測量就經過應變片轉換爲對電阻變化的測量 ！但是由于應變是相當鉅大的變化 ，所以發生的電阻變化也是極端鉅大的 ！例如計算1000*1O-6的應變發生的電阻的變化 ，應變片的電阻值爲是120Ω,即 ：

ΔR/120=2X1000X10-6

ΔR=120X2X1000X10_6=0.24Ω

電阻變化率爲ΔR/R=0.24/120=0.002對該電阻變化較爲鉅大的測量 ，設計中應變片的接人方式爲全橋式 ！

例如 ：R1=R2=R3=R4或R1XR2=R3XR4則無論輸齣多大電壓,輸入電壓￡總爲0,這種形態稱爲均衡形態 ！假如均衡被毀壞 ，就會發生與電阻變化絕對應的輸入電壓 ！當4條邊上的應變片的電阻辨彆惹起如R1+ΔR ，R2-ΔR,R3+ΔR,R4-ΔR的變化時4枚應變片變化量相對值相等 ，鄰臂上的應變相減 ，對臂上的應變相加 ！其輸入爲 ：

U0=E.ΔR/R=K.e.E(2)

設計中選擇箔式金屬應變計 ，次要適用于0.02級的壓力傳感器製造工藝中 ，即滿量程時輸入誤差在士0.02的範圍內 ！可同時完成溫度自補償和蠕變自補償 ！

四 ：軟硬件設計

1、硬件電路設計

硬件電路次要包括晶振電路、復位電路、LCD顯示電路、矩陣鍵盤電路及A/D轉換電路 ！其中晶振電路爲單片機提供波動的時鍾基準 ，是單片機零碎正常運轉的前提 ，設計中晶振選擇12MHz;復位電路是爲瞭預防順序跑飛而設計的 ，可使單片機及零碎各部件處于確定的初始形態 ，并從初態開端任務 ，本零碎具有上電復位和手動復位兩個功用 ，其中上電復位應用電容的衝放電完成 ，手動復位應用按鍵觸發完成 ，其本質爲給單片機RST引腳一個高電平并維持2個機器週期；LCD顯示電路采用圖形液晶顯示器LCD12864,可以實時顯示分量、單價及金額的纍加值 ，爲瞭節省單片機的I/O資源 ，設計中采用LCD的串行銜接方式;矩陣鍵盤要來完成對單價的設置 ，采用掃描法確定按鍵能否觸發；SYN6288語音模塊用來播報分量、單價及金額的纍加值 ，可經過單片機串口發送待分解的文本 ，完成文本到聲響的轉化 ！

HX711是一款專爲高精度稱重傳感器而設計的24位A/D轉換器芯片 ！該芯片集成瞭包括穩壓電源、片內時鍾振蕩器等其他同類型芯片所需求的核心電路 ，具有集成度高、呼應速度快、抗攪擾性強等優點 ！降低瞭電子秤的零件本錢 ，進步瞭零件的功能和牢靠性 ！該芯片與後端MCU芯片的接口和編程較復雜,一切控製信號由管腳驅動 ，無需對芯片外部的存放器編程 ！輸齣選擇開關可恣意選取通道A或通道B ，與其外部的低噪聲可編程縮小器相連 ！通道A的可編程增益爲128或64,對應的滿額度差分輸齣信號幅值辨彆爲±20mV或±40mV ！通道B則爲固定的32增益 ，用于零碎參數檢測 ！設計中選擇通道 ：A ！

2、主順序設計

主順序是順序的入口 ，次要調用顯示子順序、鍵盤子順序、A/D轉換子順序及語音播報子順序 ，完成對測量參數的實時顯示與語音播報功用 ！

五 ：零碎測驗

1、電橋軟件與硬件調零

設計中采用高精度電阻式應變片很容易遭到攪擾 ，招緻無輸齣時輸入不爲0,所以設計初期必需調零 ！調零準繩包括:傳感器輸齣爲0時 ，輸入也爲0;不影響傳感器的其他功能如靈敏度、波動性、線性等 ！調零電阻的大小與應變片的粘貼地位及懸臂梁的物理特性親密相關 ，詳細 ！

軟件調零本質是記憶“零點”,然後在數據處置中消弭 ，但會形成零碎實時性降低 ！

2、測驗後果解析

測驗中運用5、50、100及200g的砝碼 ，辨彆測驗8次 ！

六 ：零碎調試及存在成績解析

1、電橋構造材料的選擇

設計中假如電橋構造受力後發生塑性形變或形變恢復較慢將間接影呼應變片的波動輸入 ，設計中采用韌性較髙的40CR鋼爲模型,將應變片粘貼于受力變化較爲敏感的地位,構成等臂電橋 ！

2、應變片的粘貼

應變片粘貼不當間接影響其檢測 ，粘貼前需用砂紙打磨掉橋臂的銹蹟 ，并用乙醇擦拭潔凈 ，然後用速幹膠粘貼并壓實避免粘貼處有氣泡發生；在應變片的輸入引線下墊聚乙烯薄膜使應變片輸入引線與金屬橋臂絕緣 ！

3、測量精度影響要素解析

設計初期爲瞭固定應變片運用熱熔膠密封 ，後果由于應變片任務後發熱 ，熱熔膠惹起應變片變形 ，招緻測量後果不波動；由于電源電壓動搖對測量零碎中的A/D轉換器

七 ：結論

這篇文章經過對電子秤設計方案的比照 ，以鋼製懸臂梁爲模型 ，經過實際解析與計算、軟硬件設計及零碎測驗等環節 ，證明瞭該懸掛式電子秤在統籌精度的同時擴展瞭測量範圍 ，擴展瞭單價設置、金額纍加及語音播報等功用 ！打破瞭傳統托盤式爲主的高精度電子秤的測量範圍與精度的限製 ，并對設計進程中遇到的電橋構造材料的選擇、應變片的粘貼及測量精度的影響等成績停止瞭詳細闡明 ，對該類設計有一定的自創作用 ！