利用应变式传感器、ＨＸ７１１、ＡＴ８９Ｃ５１模块来设计数显称重仪，介绍了称重仪的设计方案以及实施过程中应注意的问题。

本文设计的数显称重仪是基于电阻应变式传感器、以单片机为控制核心的称重控制显示系统，测量范围为０－１０ｋｇ，测量精度±２ｇ，液晶屏显示测量数据，同时可将多次测量数据通过串口送计算机显示。该系统具有精度高、性能稳定、操作简便等特点。称重仪设计框图如下图１所示：

1.硬件电路设计

１．１ 称重传感器

电阻应变式称重传感器由电阻应变片、弹性体和检测电路等几个主要部分组成。弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

检测电路如图２所示，将电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。

称重传感器一般有输入输出共四根线，输出电阻一般为３５０Ω、４８０Ω、７００Ω、１０００Ω，输入端一般会进行一些温度、灵敏度的补偿，输入端电阻会比输出端高２０～１００Ω，因此用万用表量一下电阻值可以判断出输入输出端子。

１．２ 放大电路

应变式称重传感器输出信号幅度很小（ｍＶ甚至 μＶ 量级），且常常伴随有较大的噪声。对于这样的信号，电路处理的第一步通常是采用仪表放大器先将小信号放大。仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。放大的最主要目的不是增益，而是提高电路的信噪比。本设计中仪表放大器采用了 ＯＰ０７三运放的结构。如图３所示。

当 Ｒ１＝Ｒ２，Ｒ３＝Ｒ４，Ｒｆ＝Ｒ５，电路的增益为：Ｇ＝（１＋２Ｒ１／ＲＧ１）（Ｒｆ／Ｒ３）。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变ＲＧ１阻值实现。

１．３ Ａ／Ｄ转换电路

Ａ／Ｄ转换器采用电子秤专用芯片 ＨＸ７１１，这是一款专为高精度电子秤而设计的２４位Ａ／Ｄ 转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路。

输入选择开关可任意选取通道 Ａ 或通道Ｂ，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道 Ａ的可编程增益为１２８或６４，对应的满额度差分输入信号幅值分别为 ±２０ｍＶ 或 ±４０ｍＶ。通道 Ｂ则为固定的３２增益，所对应的满量程差分输入电压为±８０ｍＶ。通道Ｂ 应用于包括电池在内的系统参数检测。本设计将仪表放大器输出接至通道Ａ 模拟差分输入端，如下图４所示。

1.4单片机及接口电路

单片机采用 ＡＴ８９Ｃ５１芯片，与按键、液晶、计算机接口电路如图５所示。ＨＸ７１１串口通讯线接至单片机p1.0、p1.1口。经单片机处理后,将称重数据送液晶显示。同时将多次测量数据通过串口送计算机显示。

2.软件设计

称重仪的程序主要包括主程序、Ａ／Ｄ 转换子程序、液晶显示子程序以及串口通讯子程序。其中 Ａ／Ｄ转换子程序尤为重要，选择不同的输入通道和增益，对应的程序也不同，选择 Ａ 通道，增益为１２８的程序如下。

ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇＲｅａｄＣｏｕｎｔ（ｖｏｉｄ）

｛ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇＣｏｕｎｔ；ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒｉ；ＡＤＳＫ＝０；／／ＡＤＳＫ 是ｈｘ７１１时钟引脚，起

始低电平Ｃｏｕｎｔ＝０；ｗｈｉｌｅ（ＡＤＤＯ）；

ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜２４；ｉ＋＋）／／循环２４次，读取

ｈｘ７１１的２４位输出二进制数字量

｛ＡＤＳＫ＝１；Ｃｏｕｎｔ＝Ｃｏｕｎｔ＜＜１；ＡＤＳＫ＝０；ｉｆ（ＡＤＤＯ）Ｃｏｕｎｔ＋＋；

｝

ＡＤＳＫ＝１；

Ｃｏｕｎｔ＝Ｃｏｕｎｔ＾０ｘ８０００００；／／第２５个脉冲，对Ｃｏｕｎｔ进行补码处理

ＡＤＳＫ＝０；ｒｅｔｕｒｎ（Ｃｏｕｎｔ）；／／ＲｅａｄＣｏｕｎｔ（ｖｏｉｄ）子程序返回值为读取的Ｃｏｕｎｔ的２４位数据量

｝

3.电路实施中应注意的问题

（1）检测传感器的输入输出特性往往只在一定范围内近似线性，而在有些范围内明显呈非线性。因此需要准备大量的测试数据，以备软件进行分段处理。

（2）本次称重传感器的最大输出信号仅为4mV左右，而我们采用的仪表放大电路是由三运放及电阻、电位器构成，运放选择、电阻阻值的精度、PCB布线等因素都会比集成仪表放大器产生更大的失调电压漂移误差，因此必须在软件硬件实施中采取措施减少误差。

4.结语

对于电类专业学生来说，寻找一个合适的综合实训项目 作为课程教学与今后职业岗位之间的桥梁，数显称重仪不失为一个典型案例。上述电路只需更改前面的传感器，即可实现测温、测电压、测电流等其它功能，适用性强。