无线电子秤校准方法的设计与实现
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第 ３ 卷第 １ ８ ２期
２１年 ｌ ０１ ２月 ｄ ｉ１ ． ６／ｉ ｎ１０ － １ ．０ １１ ． ４ ｏ：０３ ９ ．ｓ． ９６ Ｘ２ １ ． ０ ９ ｊｓ ０ ７ ２０
应
用
科
技
Ｖｏ． ８ Ｎ ．２ １ ． ｏ１ ３
Ｄｅ ．０１ｌ ｃ２
Ａｐ Ｕｅ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ ｐ ｄ ｃｅ ｃ ｎ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｃ ｎ ｌｇ
阻式 与电容式 ２ ． 种 电阻式传感器精度高 ， 价格低 ， 辨率 的编码器 和模数转换器 ， 导致成本过高 ； 方法 应用广泛． 中主要对采用电阻式传感器 的电子秤 ４ 使用多种复杂的元器件 ， 文 ） 降低 了电路集成度． 校准 方法 进行 研 究． 文 中 主要 对 电阻 式 传 感 器 的大 中 型 电子 秤 采 现 阶段 ，有 些 电子秤 采 用 软件 校 准 的方 法 ， 用单片机进行改进 ． 往 使用价格低 、 体积小的 Ａ ８５ Ｄ ５５ 往只能实现简单的调零 ； 有些 电子秤可以对传感器 芯片圈 替代采用 电子元器件实现的运放 电路来实现 实现硬件校准．电阻式传感器的硬件校准需要模拟 硬件校准 ， 这样可有效减少元器件数量 ， 降低体积 ，
ｏ
ｏ
Ｏ
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图 ３ 主 机 组 成
图 １ 无线系统 的总体设计
１ Ａ ８５ ． ２ Ｄ ５ ５与单 片机 接 口
１１ 主 机与 节点 组成 ．
Ａ ８５ Ｄ ５ ５与单 片机 的接 口如 图 ４所 示 ． 片 机在 单
信号采集过程 中 ， 传感器产生 的信号送入 Ａ ８５ ， Ｄ ５５ 节点组成如 图 ２ 所示 ，传感器输 出信号经 过 放 大 后 的 信 号送 人 Ｃ ０ １ ３０单 片机 中 的 ＡＤ转 ８５ Ｆ ５ ／ Ａ ８５ 放大后 ， Ｄ ５５ 传输 给单片机 Ｃ ０ ３０进行 ８５ Ｆ ５ １ 换 器 转 换 和 处 理 ．在 校 准 过 程 中 ， ８５ Ｆ ５ Ｃ ０ １３０将 Ｄ转换 ， 将数据进行采集 、 处理 ； 处理后的数据经过 Ａ ８ ５ 参 数通过 Ｐ ． 修 改 Ａ ８５ Ｄ ５５ ０ ０ Ｄ ５５内部参 数． 本 无线模块发送给主机 ； 主机接收到数据后 ， 将数 据 设计中， Ｆｌ ｉ ｕ 和 Ｖ ｓ 在 ｉＤｇ ｔ ｔ ｏ ／ ｓ之间连接一个 １ 外 ０ｎ Ｆ
收 稿 日期 ：０ 卜１ －５ ２ １ １Ｏ ．
基金项 目 ： 自 国家 然科学基金资助项 目（ ｌＯ ｏ ３． ５ １９ ４ ） 作者简 介 ： 李健利（９ ３）男 ， １６ －， 副教授 ， 主要研究方向 ： 信息检索 、 入式系统、 嵌 软件工程 ， ｍａ ：ｊ ｎｉ ｒｅ ． ｕｃ． Ｅ－ ｉ ｌｉ ｌ ｂｕｅ ． ｌ ｉａ ＠ｈ ｄ ａ
系列无线模块 实现数 据传输 与数据 处理 ， Ａ ８ ５ 片代替放 大 电路， 用 Ｄ ５ ５芯 且在不烧 断 ＡＤ ５ ５多 晶硅 熔丝 的情况下 实现校 ８５
准 ， 系统集成度高 且安装简单 ． 整个 实验表 明 ， 系统 校准后可恢 复为初始精度 ． 整个
关 键词 ： 电子秤 ； 校准 ； 无线模块 ； Ｄ ５ ５ Ａ ８ ５ 中图分 类号 ： Ｈ １ ． Ｔ ７ ５１ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ：０ ９ ６ １ （ ０ １ １ —０ ５０ １０ －７ Ｘ ２ １ ）２ ０ １ －５
相应 电阻的阻值 ， 采取的主要方法有［／ ） ２ ： 通过继 以节省成本． －Ｉ ４ 有些电子秤需要将秤和控制台分离 ， 这 电器 或 电子 开 关 的组 合 得 到可 变 电 阻 ； ） 数 字 电 样增加 了控制 台与各个传感器节点 的连线 ， ２用 文中采 位器得到可变 电阻 ；） ３使用伺服电机驱 动电位器得 用无线数据传输来替代硬连线 ， 这样可大量减少传 到可变电阻 ；） ４ 使用放大器 、／ ＤＡ转换器和标准 电阻 感 器 与 中心 系统 的连 线 ， 高 系 统 的 稳 定性 ， 少 提 减 构成电子合成电阻的方式． 方法 １ 因串接 了继电器 因连接问题带来的故障． ） 而使准确度下 降 ， 且电路部分体积较大 ； 方法 ２ 由 ）
让 Ｈ Ｃｕ 无线模块进入休 眠状态 ； Ｅ Ｅ Ａ－ ｐ Ｒ Ｓ Ｔ端 口是
图５ 单片机与无线模块接口
第１ ２期
李健利 ， ： 等 无线 电子秤校准方法的设计 与实现
・ ７・ １
Ｖｔ Ｇ （ ｏｒ ｘ ｒ ＝
眦 ） Ａ． ＋Ｄ ｃ
（） ４
２ 校 准实现
应用 Ａ ５５芯 片实 现对 电子 秤 上 的传感 器 进 Ｄ８５ 行 校 准 ．Ｄ ５ ５的 放 大 倍 数 可 调 ，一 旦 调 整 好 Ａ ８５
ｏ ｇ ｎ ｌ ａｕｅ ｉ ｒ ｉ ａ ｌ ． ｖ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｌｃ ｒ ｎ ｃ ｃ ｅ ； ａ ｉ ｒ ｔ ｎ ｗｉ ｌｓ ｄ ｌ ； ｙ ｒ ｓ ｅｅ ｔ ｉＳ ａ ｓ ｃ ｌ ａｉ ； ｒ ｅｓ ｏ ｌ ｂ ｏ ｅ ｍｏ ｕ ｅ ＡＤ８ ５ ５５
电子秤【 的重量传感器 因存在漂移 ， 】 上 故需要 于串入较大的开关导通 电阻 ，使得准确度降低 ； 方 定期校准．目 前用于电子秤的重量传感器主要有电 法 ３ 由于使用伺服 电机 ， ） 使得体 积增大 ， 采用高分
无线 电子秤 校 准方 法 的设计 与 实现
李健利 ， 霍光磊 ， 刘博 ， 邓潇
ｆ 尔滨工程 大学 计算机科学与技术学院 ， 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ０ ） ５ ０ １ 摘 要： 为保 持电子秤 的精 度 ， 出一种针 对使用 电阻式应变传 感器 的电子秤校 准方法． 提 使用 Ｃ ０ １ ３０单 片机 和 Ｈ Ｃ－ ８５Ｆ５ Ａ ｕ ｐ
通 过调整 数字 电位 器 Ｐ 和 Ｐ， 得到 第 １ 级增 益 的范 围为 ４０ ～ ． ；通 过 调整 数 字 电位 器 Ｐ 和 Ｐ ．０ ６４ ０ ３ ４
的８ ３ 步 位编码 ， 得到第 ２ 级增益范围为 １． ２０ ７ ～０ ． ５
需要对传感器重新校准时，通过调整 Ｇ 和 Ｇ 这 ２ ２ 个参数 ， 改变输入信号的放大倍 数 ， 而对传感器 进 Ａ ８５ 参数就烧断多晶硅熔丝 ，实现增益永久设 Ｄ ５５ Ａ ８５ ＩＩ 定． 在此用 Ｃ ０ １３ ０ ８５ Ｆ ５ 的内部 ｆｓ 保存 Ａ ８５ 的 重新标定． Ｄ ５ ５的内部参数是通过 Ｄ ＧＮ引脚 ｌｈ ａ Ｄ ５５ 内部参数的详细配置如表 １ 所示［ ５ １ ． 参数 ， 不烧断多晶硅熔丝 ， 需要校准时 ， 通过多次调 接收的， 整 Ａ ８５ 的放大倍数 ， Ｄ ５５ 实现对传感器 的校准 ， 并在 校准后刷新 Ｃ ０ １ ３０的 内部 ｆ ｓ ８５ Ｆ ５ ｌ ｈ保存 Ａ ８ ５ ａ Ｄ ５５ 的参 数 ．
２１ Ａ ８ ５ ． Ｄ ５ ５的 放大 倍数 调整
Ｏ一１ １
表 １ ＡＤ８ ５ ５ ５内部参数 数据位／ｉ ｂｔ 意义
ｓ ｓ ｍ ｆ ｉｈ ｉ ｔｇ ａｉ ｎａ ｄｉ ａ ｙｔ ｅ ｎ ｔ ｌｄ Ｔ ｅｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｈ ｗｅ ａ ｅｐ ｅ ｉｉｎ ｏ ｓｅ ｒ ｓ ｍｅ ｓ ｙ ｔ ｉ ｏ ｇ ｅ ｒ ｔ ｎ ｅ ｓ ｂ ｓａ ｅ ． ｅ ｓ ｈ ｎ ｏ ｓ ｏ ｉ ｌ ｈ ｘ ｅ ｉ ｍｅ ｔ ｓ ｏ ｄｔ ｔ ｈ ｒ ｃ ｓｏ ｆ ｙ ｔ ｍ ｕ ｄｉ ｈ ｔ ｓ ｅ ｔ
图 ４ Ａ ５ ５与 Ｃ ０ １ ３ ０接 口电 路 Ｄ８ ５ ８５Ｆ５
部电容 ， 可实现 １ Ｈ 的低通滤波器． ｚ ｋ
１ 无线 模块 与 单 片机接 口 － ３
重新启
无线模块与单片机之间的接 口如图 ５ 所示 ， 左
侧框 为 与节 点 的接 口方式 ， 右侧 框 为 主机 的接 口方 式 ．Ｘ Ｔ Ｄ与 Ｒ Ｄ为 数据 通 讯 的端 口 ；Ｌ Ｅ Ｘ Ｓ Ｅ Ｐ端 口是
Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔｏ ｆ ｒ ｌｓ ｅｄ ｓｇ ｎ ｍ ｌｍ ｎ ａ ｉ ｎ ｏ ｅｅ ｓ ｗｉ
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应
wenku.baidu.com用
科
技
第 ３ ８卷
１ 硬 件 实现
针对电阻式应变传感器 ，采用 Ａ ８５ 放大器 Ｄ ５５ 替 代 放 大 电 路 ，选 用 集 成 ２ ｂ ＡＤ 转 换 器 的 ４ｉ ／ ｔ
ｃ Ｏ ３０单片机进行数据采集 ； ８５ ５同 ｌ Ｆ 使用微功率 Ｈ Ｃ Ａ— ｕ ｐ系列无线模块［ ７ １ 进行数据传输 ； 应用 Ｃ ０ １００ ８ ５Ｆ ６ ￣ 单片机接收并显示数据． 系统的总体设计如图 １ 所 示， 共有 ８个节 点 ， 节点 向主机 发送数 据 ， 主机对 这 ８ 个 节点 的数 据进行 处理 ， 显示 质 量 ， 同时 主机 可 以对 每个节点实现校准功能．
ｔｅ ａ ｌ ｅ ｉ ｕ； ａ ｄ ｔｅ ｃ ｌ ｒｔ ｎ ｍｅｈ ｄ ｗ ｓｉ ｌｍｅ ｔｄ ｗｉ ｏ ｔ ｌｗｉｇｏ ｏｙ ｉ ｃ ｎ ｆｓ ｓ Ｔ ｅ ｗ ｏｅ ｈ ｍｐｉ ｒｅｒ ｉ ｎ ｈ ａｉ ａｉ ｔｏ ａ ｍｐ ｅ ｎ ｅ ｔ ｕ ｏ ｎ ｆ ｌｓｌ ｏ ｕ ｅ ｈ ｈ ｌ ｉ ｆ ｃ ｂ ｏ ｈ ｂ ｐ ｉ
Ｌ ｉｎｉ ＨＵＯ ａ ｇｅ， Ｉ Ｂｏ ＤＥＮＧ Ｘｉｏ Ｉ ａｌ Ｊ ， Ｇｕ ｎ ｌｉ Ｌ Ｕ ， ａ
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节点
ｏ
ｏ
写 入 Ａ ８５ ， 后将 数 据进行 保存 ． Ｄ ５ ５然
圈
ｘ
图 ２ 节 点 组 成
主 机 总体 设计 如 图 ３所 示 ， 运 算 得 到 的相 应 将
数据显示在液晶屏上 ． 可以操作键盘 ， 将数据保存到 ｕ盘或 Ｅ Ｐ Ｏ 而且可通过 串口与电脑进行通信． Ｅ Ｒ Ｍ，
２１年 ｌ ０１ ２月 ｄ ｉ１ ． ６／ｉ ｎ１０ － １ ．０ １１ ． ４ ｏ：０３ ９ ．ｓ． ９６ Ｘ２ １ ． ０ ９ ｊｓ ０ ７ ２０
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科
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阻式 与电容式 ２ ． 种 电阻式传感器精度高 ， 价格低 ， 辨率 的编码器 和模数转换器 ， 导致成本过高 ； 方法 应用广泛． 中主要对采用电阻式传感器 的电子秤 ４ 使用多种复杂的元器件 ， 文 ） 降低 了电路集成度． 校准 方法 进行 研 究． 文 中 主要 对 电阻 式 传 感 器 的大 中 型 电子 秤 采 现 阶段 ，有 些 电子秤 采 用 软件 校 准 的方 法 ， 用单片机进行改进 ． 往 使用价格低 、 体积小的 Ａ ８５ Ｄ ５５ 往只能实现简单的调零 ； 有些 电子秤可以对传感器 芯片圈 替代采用 电子元器件实现的运放 电路来实现 实现硬件校准．电阻式传感器的硬件校准需要模拟 硬件校准 ， 这样可有效减少元器件数量 ， 降低体积 ，
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图 ３ 主 机 组 成
图 １ 无线系统 的总体设计
１ Ａ ８５ ． ２ Ｄ ５ ５与单 片机 接 口
１１ 主 机与 节点 组成 ．
Ａ ８５ Ｄ ５ ５与单 片机 的接 口如 图 ４所 示 ． 片 机在 单
信号采集过程 中 ， 传感器产生 的信号送入 Ａ ８５ ， Ｄ ５５ 节点组成如 图 ２ 所示 ，传感器输 出信号经 过 放 大 后 的 信 号送 人 Ｃ ０ １ ３０单 片机 中 的 ＡＤ转 ８５ Ｆ ５ ／ Ａ ８５ 放大后 ， Ｄ ５５ 传输 给单片机 Ｃ ０ ３０进行 ８５ Ｆ ５ １ 换 器 转 换 和 处 理 ．在 校 准 过 程 中 ， ８５ Ｆ ５ Ｃ ０ １３０将 Ｄ转换 ， 将数据进行采集 、 处理 ； 处理后的数据经过 Ａ ８ ５ 参 数通过 Ｐ ． 修 改 Ａ ８５ Ｄ ５５ ０ ０ Ｄ ５５内部参 数． 本 无线模块发送给主机 ； 主机接收到数据后 ， 将数 据 设计中， Ｆｌ ｉ ｕ 和 Ｖ ｓ 在 ｉＤｇ ｔ ｔ ｏ ／ ｓ之间连接一个 １ 外 ０ｎ Ｆ
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基金项 目 ： 自 国家 然科学基金资助项 目（ ｌＯ ｏ ３． ５ １９ ４ ） 作者简 介 ： 李健利（９ ３）男 ， １６ －， 副教授 ， 主要研究方向 ： 信息检索 、 入式系统、 嵌 软件工程 ， ｍａ ：ｊ ｎｉ ｒｅ ． ｕｃ． Ｅ－ ｉ ｌｉ ｌ ｂｕｅ ． ｌ ｉａ ＠ｈ ｄ ａ
系列无线模块 实现数 据传输 与数据 处理 ， Ａ ８ ５ 片代替放 大 电路， 用 Ｄ ５ ５芯 且在不烧 断 ＡＤ ５ ５多 晶硅 熔丝 的情况下 实现校 ８５
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关 键词 ： 电子秤 ； 校准 ； 无线模块 ； Ｄ ５ ５ Ａ ８ ５ 中图分 类号 ： Ｈ １ ． Ｔ ７ ５１ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ：０ ９ ６ １ （ ０ １ １ —０ ５０ １０ －７ Ｘ ２ １ ）２ ０ １ －５
相应 电阻的阻值 ， 采取的主要方法有［／ ） ２ ： 通过继 以节省成本． －Ｉ ４ 有些电子秤需要将秤和控制台分离 ， 这 电器 或 电子 开 关 的组 合 得 到可 变 电 阻 ； ） 数 字 电 样增加 了控制 台与各个传感器节点 的连线 ， ２用 文中采 位器得到可变 电阻 ；） ３使用伺服电机驱 动电位器得 用无线数据传输来替代硬连线 ， 这样可大量减少传 到可变电阻 ；） ４ 使用放大器 、／ ＤＡ转换器和标准 电阻 感 器 与 中心 系统 的连 线 ， 高 系 统 的 稳 定性 ， 少 提 减 构成电子合成电阻的方式． 方法 １ 因串接 了继电器 因连接问题带来的故障． ） 而使准确度下 降 ， 且电路部分体积较大 ； 方法 ２ 由 ）
让 Ｈ Ｃｕ 无线模块进入休 眠状态 ； Ｅ Ｅ Ａ－ ｐ Ｒ Ｓ Ｔ端 口是
图５ 单片机与无线模块接口
第１ ２期
李健利 ， ： 等 无线 电子秤校准方法的设计 与实现
・ ７・ １
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２ 校 准实现
应用 Ａ ５５芯 片实 现对 电子 秤 上 的传感 器 进 Ｄ８５ 行 校 准 ．Ｄ ５ ５的 放 大 倍 数 可 调 ，一 旦 调 整 好 Ａ ８５
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无线 电子秤 校 准方 法 的设计 与 实现
李健利 ， 霍光磊 ， 刘博 ， 邓潇
ｆ 尔滨工程 大学 计算机科学与技术学院 ， 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ０ ） ５ ０ １ 摘 要： 为保 持电子秤 的精 度 ， 出一种针 对使用 电阻式应变传 感器 的电子秤校 准方法． 提 使用 Ｃ ０ １ ３０单 片机 和 Ｈ Ｃ－ ８５Ｆ５ Ａ ｕ ｐ
通 过调整 数字 电位 器 Ｐ 和 Ｐ， 得到 第 １ 级增 益 的范 围为 ４０ ～ ． ；通 过 调整 数 字 电位 器 Ｐ 和 Ｐ ．０ ６４ ０ ３ ４
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需要对传感器重新校准时，通过调整 Ｇ 和 Ｇ 这 ２ ２ 个参数 ， 改变输入信号的放大倍 数 ， 而对传感器 进 Ａ ８５ 参数就烧断多晶硅熔丝 ，实现增益永久设 Ｄ ５５ Ａ ８５ ＩＩ 定． 在此用 Ｃ ０ １３ ０ ８５ Ｆ ５ 的内部 ｆｓ 保存 Ａ ８５ 的 重新标定． Ｄ ５ ５的内部参数是通过 Ｄ ＧＮ引脚 ｌｈ ａ Ｄ ５５ 内部参数的详细配置如表 １ 所示［ ５ １ ． 参数 ， 不烧断多晶硅熔丝 ， 需要校准时 ， 通过多次调 接收的， 整 Ａ ８５ 的放大倍数 ， Ｄ ５５ 实现对传感器 的校准 ， 并在 校准后刷新 Ｃ ０ １ ３０的 内部 ｆ ｓ ８５ Ｆ ５ ｌ ｈ保存 Ａ ８ ５ ａ Ｄ ５５ 的参 数 ．
２１ Ａ ８ ５ ． Ｄ ５ ５的 放大 倍数 调整
Ｏ一１ １
表 １ ＡＤ８ ５ ５ ５内部参数 数据位／ｉ ｂｔ 意义
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图 ４ Ａ ５ ５与 Ｃ ０ １ ３ ０接 口电 路 Ｄ８ ５ ８５Ｆ５
部电容 ， 可实现 １ Ｈ 的低通滤波器． ｚ ｋ
１ 无线 模块 与 单 片机接 口 － ３
重新启
无线模块与单片机之间的接 口如图 ５ 所示 ， 左
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第 ３ ８卷
１ 硬 件 实现
针对电阻式应变传感器 ，采用 Ａ ８５ 放大器 Ｄ ５５ 替 代 放 大 电 路 ，选 用 集 成 ２ ｂ ＡＤ 转 换 器 的 ４ｉ ／ ｔ
ｃ Ｏ ３０单片机进行数据采集 ； ８５ ５同 ｌ Ｆ 使用微功率 Ｈ Ｃ Ａ— ｕ ｐ系列无线模块［ ７ １ 进行数据传输 ； 应用 Ｃ ０ １００ ８ ５Ｆ ６ ￣ 单片机接收并显示数据． 系统的总体设计如图 １ 所 示， 共有 ８个节 点 ， 节点 向主机 发送数 据 ， 主机对 这 ８ 个 节点 的数 据进行 处理 ， 显示 质 量 ， 同时 主机 可 以对 每个节点实现校准功能．
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主 机 总体 设计 如 图 ３所 示 ， 运 算 得 到 的相 应 将
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