电子秤课程设计实验报告

电

子

设

计

实

验

报

告

电子科技大学

设计题目：电子称姓名：

学生姓名

任务与要求

一、任务

使用电阻应变片称重传感器，实现电子秤。用砝码作称重比对。

二、要求

准确、稳定称重；

称重传感器的非线性校正，提高称重精度；

实现“去皮”、计价功能；

具备“休眠”与“唤醒”功能，以降低功耗。

电子秤

第一节绪论

摘要：随着科技的进步，在日常生活以及工业运用上，对电子秤的要求越来越高。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。影响其精度的因素主要有:机械结构、传感器和数显仪表。在机械结构方面,因材料结构强度和刚度的限制,会使力的传递出现误差,而传感器输出特性存在非线性,加上信号放大、模数转换等环节存在的非线性,使得整个系统的非线性误差变得不容忽视。因此,在高精度的称重场合,迫切需要电子秤能自动校正系统的非线性。此外,为了保证准确、稳定地显示,要求所采用的ADC具有足够的转换位数,而采用高精度的ADC,自然增加了系统的成本。基于电子秤的现状,本文提出了一种简单实用并且精度高的智能电子秤设计方案。通过运用很好的集成电路,使测量精度得到了大大提高,由于采用数字滤波技术,使稳态测量的稳定性和动态测量的跟随性都相当好。并取得了令人满意的效果。

关键词：压力传感器，AD620N放大电路，ADC模数转换，STM32单片机，OLED 显示屏，矩阵键盘，电子秤。

1.1引言

本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用全桥测量电路，是系统产生的误差更小。输出的数据更精确。而AD620N放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D 转换器对输入信号电平的要求。A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模拟量转数字量转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由OLED

屏幕显示出测量结果。配置有矩阵键盘可以对电子秤进行一定的操作如去皮，计价，并可当下手动录入价格，并显示价格。

1.2系统的设计与理论分析

1.2.1系统设计

根据设计要求，设计的主要内容如下：

1）利用电阻应变式传感器，并采用全桥测量电路

2）设计一款电子秤，利用OLED 屏幕显示被称物体的重量 3）利用矩阵键盘对电子秤进行去皮，计价，录入价格的操作。 4）电路分成以下几个部分： a.运放电路

b.电路的滤波及电压跟随器电路

c.单片机数据处理及控制电路，包括矩阵键盘，OLED 屏幕等。

d.双电源供电及变压电路。 1.2.2 基本工作原理及原理框图

图一：基本硬件系统结构图 全桥电阻应变式传感器输入电压，当标准重物放置在传感器之上时，电阻值发生改变，使加载到全桥电路上的输出电压发生变化，变化范围约为3mV 到10mV 运用AD620N 仪表放大电路将微弱模拟信号放大，并经过LM358搭建的电压跟随器电路滤波。送至STM32单片机中

全桥电阻应变式传感器输出信号

Ad620n 信号放大电路

STM32的A/D 模数转换

单片机数据处理及控制

OLED 显示重量

10V 单电源

供电

10V 双电源供电

3.3V 单电源供电

进行A/D 模数转换，将模拟信号转变成单片机能够识别的数字信号，并且利用单片机控制整个电路的同时，处理数字信号，并且控制在OLED 中显示实时结果。

图二：部分控制电路基本结构图

矩阵键盘上的按键被按下后，单片机识别并判断指令内容（如：去皮，计价，录入单价等），并向OLED 屏发出改变显示内容的指令。

第二节 硬件电路的设计与选择

2.1传感器的选择

电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性形变转换成电阻变化的元件。由电阻应变片和测量线路两部分组成。本次设计中使用YZC-133压力传感器。下表为相关技术参数。注：该技术参数为店家提供，本小组并未将所有参数进行检验。

量程（kg ）

3kg

综合误差(%F .S)

0.05

额定输出温度飘移(%F .S/10℃)

≤0.15

灵敏度(mv/v) 1.0±0.1 零点输出(mV/V) ±0.1 非线性(%F .S) 0.05

输入电阻(Ω ) 1000±50 重复性(%F .S) 0.05 输出电阻(Ω ) 1000±50 滞后(%F .S) 0.05 绝缘电阻(M Ω) ≥2000(100VDC) 蠕变(%F .S/3min) 0.05

推荐激励电压(V) 3～12 零点漂移(%F .S/1min)

0.05

工作温度范围 (℃) -10～+50 零点温度漂移(%F .S/10℃) 0.2

过载能力(%F .S)

150

矩阵键盘发出指令 按键 单片机识别，发出改变显示内容的指令 OLED 改变显示内容

由于其激励电压越高，准确度越高的特性，本次设计使用10V电源供电。

2.2信号放大电路的设计与选择

由上文中可知，10V单电源供电的压力传感器输出最大值只有10mV，stm32的AD量程为0~3.3V，则可以放大330倍。

此处由于信号源仅有10mV，并且放大倍数较大，选用AD620N仪表放大器而非一般的运算放大器做放大电路，以得到较高的精确度和输出电压的良好的线性性。

放大电路为：

图3 运算放大器电路