何風(fēng)潔 曾紅

重慶計量質(zhì)量檢測研究院 重慶 401420

1 電子天平概述

這些年來，伴隨著存儲單元技術(shù)的出現(xiàn)以及大型集成電路和微處理技術(shù)的出現(xiàn)，電子可擴展性技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，人們在這里更加關(guān)注。與杠桿式型電子秤相比，電子秤更耐用、更可靠、機械磨損更少。壽命長、易于維護、質(zhì)量高、重量輕。目前國內(nèi)，電子天平已經(jīng)涉及各個領(lǐng)域。該設(shè)計用于精密測量，結(jié)構(gòu)的輕巧和電子設(shè)備的低成本，并且主要保存在實驗室中供學(xué)生練習(xí)。具體標(biāo)準：測量范圍0-2Kg，最大誤差1g，質(zhì)量1g。

電子天平工作過程如下：當(dāng)將物體放在配重托盤上并觸摸按鈕時，電源將電壓提供給恒流源電路，電流電路將為功率傳感器供電，然后傳感器會將被測物體轉(zhuǎn)換為輸出信號。放大器放大來自設(shè)備的微弱信號，并將改變后的電壓信號從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字，然后將測量值顯示在數(shù)字顯示器上；當(dāng)物質(zhì)從吸煙容器中倒空時，延遲時間起著重要作用。延遲幾秒鐘后，電源將自動關(guān)閉以節(jié)省電量?？傮w設(shè)計圖如圖1所示。

2 主要硬件設(shè)計

電子天平由六個部分組成：信號采集，高精度傳感器，LED顯示，AD轉(zhuǎn)換，高精度數(shù)字傳輸和電源。

激勵電壓為傳感器提供工作電壓，該工作電壓會產(chǎn)生外力信號。濾波后，輸出信號被發(fā)送到濾波電路模塊。并被發(fā)送到A/D轉(zhuǎn)換電路模塊。電子天平系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換電路使用TI制造的ADS1230。信號由ADS1230供電，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字音量，然后發(fā)送至微控制器進行處理。按鈕電路模塊具有諸如復(fù)位，重量減輕，單位換算等功能。當(dāng)被加權(quán)物體的重量大于最大傳感器范圍時，語音提示電路模塊會發(fā)出警報。顯示模塊用于顯示重量，價格等。

2.1 傳感器

稱重傳感器是電子測量的核心，其功能是將被測物體的重量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。電子天平使用3個進口的切削精度半徑傳感器，每個傳感器的最大測量范圍為500公斤。與其他電子測量級別的不同之處在于，該系統(tǒng)不使用測力桿，而是使用直接從傳感器接收功率的加重平臺結(jié)構(gòu)。這提高了移動位置后稱重平臺的精度，避免了切換后重新校準杠桿系統(tǒng)的問題。這3個傳感器獨立連接到3個數(shù)字變送器，通常隔離模擬信號以確保數(shù)據(jù)的準確性和準確性。

應(yīng)變電阻傳感器具有測量范圍廣，頻率響應(yīng)出色、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能可靠穩(wěn)定的優(yōu)點。因此，電阻應(yīng)變計的電阻計被廣泛用于稱重領(lǐng)域。電阻式稱重傳感器由三個主要組件組成：耐久性傳感器，檢測電路和彈性體。其工作原理是基于這樣的事實，即彈性體在外力的作用下發(fā)生彈性變形，從而使施加在其表面上的阻力力矩變形。

2.2A/D轉(zhuǎn)換及顯示器

放大傳感器輸出后，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。它是稱重顯示器中非常重要的部分，也是模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)或計算機之間的接口。

電子天平系統(tǒng)中可以使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器CC7107的優(yōu)勢在于，只有少量的外部電阻器和電容性元件可用于完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。其輸出可以直接控制標(biāo)準電子管數(shù)碼管顯示屏的LED。最后顯示部分顯示0000-1999（g）。

2.3 數(shù)字變送器

電子稱重系統(tǒng)可以使用自行開發(fā)的LD3精密數(shù)字變送器，該變送器被發(fā)送到微處理器，以通過安全的高速現(xiàn)場總線協(xié)議進行處理、穩(wěn)定、高效的傳輸數(shù)據(jù)特點。發(fā)送器包括一個前置放大器模塊、一個A/D模塊和一個MCU。A/D模塊使用完全集成24位A/ D轉(zhuǎn)換電路。適用于使用電荷平衡技術(shù)的單向/雙向弱信號測量。芯片內(nèi)部是一個非常安靜的芯片穩(wěn)定的儀表放大器和四階調(diào)制器，然后是數(shù)字濾波器，可以提供高效、穩(wěn)定的數(shù)字輸出，以實現(xiàn)快速、穩(wěn)定的輸出來準確修改模擬信號[1]。

2.4 放大電路設(shè)計

電子秤的重量為0-2kg，傳感器的相應(yīng)信號輸出約為0-10mV，這是一個小信號，應(yīng)放大。由于顯示電路是一個三位數(shù)半的A/D轉(zhuǎn)換電路，輸入信號在0至2V之間，因此放大器的輸出要求為0-1999mV，等效值為1mV/g，并且擴增是大約200倍，因此選擇了獲得的兩個階段。在該電路中，選擇具有相同特性的運算放大器u4741，并且將引腳1和引腳5用作可用于放大器零控制的零控制端子。V1和v2是IC1和IC2的同相端子，輸出信號在此加載。R6是可調(diào)電阻，更改R6的值可以輕松調(diào)整增益[2]。

2.5A/D軟件設(shè)計

與傳統(tǒng)稱重器不同，電子水準儀中的數(shù)字發(fā)射機使用過采樣技術(shù)對數(shù)字濾波器進行采樣和濾波，以獲得最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此，您需要在啟動A / D轉(zhuǎn)換器之前設(shè)置波特率。芯片上A / D轉(zhuǎn)換模塊的波特率可以在7.5至3840Hz之間選擇。放大率越低，濾波效果越好。但是響應(yīng)速度越慢。原始的電子測量設(shè)計需要準確而強大的測量結(jié)果，并且不需要系統(tǒng)的高響應(yīng)速率，因此，最小波特率為7.5Hz。儀表放大器由片上斬波器穩(wěn)定，特別是可以放大模擬信號。它的參數(shù)是1X，2X，4X，8X，16X，32X，64X。質(zhì)量越高，模擬信號的分辨率越高，但是輸出信號越不穩(wěn)定。該系統(tǒng)首先使用64倍放大倍率來確保更高的精度，同時在A/D芯片，先前的中值濾波變送器和儀表上打開模擬信號濾波功能之前才進行接收接收到數(shù)據(jù)后的數(shù)據(jù)[3]。

3 結(jié)語

開發(fā)的電子秤的特點是結(jié)構(gòu)簡單，易于使用，可以直接安裝在硬件電路上，包括機械零件的開發(fā)和制造。它主要由傳感器、放大器電路、恒定電源、電路延遲和顯示電路組成。它具有很高的線性度和穩(wěn)定性。