利用應變式傳感器、HX711、AT89C51模塊來設計數顯稱重儀，介紹了稱重儀的設計方案以及實施過程中應注 意的問題。

本文設計的數顯稱重儀是基于電阻應變式傳 感器、以單片機為控制核心的稱重控制顯示系統， 測量范圍為0 — 10kg，測量精度士2g，液晶屏顯示 測量數據，同時可將多次測量數據通過串口送計 算機顯示。該系統具有精度高、性能穩定、操作簡 便等特點。稱重儀設計框圖如下圖1所示。

1.硬件電路設計

1.1稱重傳感器

電阻應變式稱重傳感器由電阻應變片、彈性 體和檢測電路等幾個主要部分組成。彈性體在外 力作用下產生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻 應變片也隨同產生變形，電阻應變片變形后，它的 阻值將發生變化（增大或減小），再經相應的測量 電路把這一電阻變化轉換為電信號（電壓或電 流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。

檢測電路如圖2所示，將電阻應變片的電阻 變化轉變為電壓輸出。因為惠斯登電橋具有很多 優點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側向 力干擾，可以比較方便地解決稱重傳感器的補償 問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應用.

圖2惠斯登電橋構成的檢測電路 稱重傳感器一般有輸入輸出共四根線，輸出 電阻一般為 35on、48on、7oon、1ooon，輸入端一 般會進行一些溫度、靈敏度的補償，輸入端電阻會 比輸出端高20?1oon，因此用萬用表量一下電阻 值可以判斷出輸入輸出端子。

1.2放大電路

應變式稱重傳感器輸出信號幅度很小（mV 甚至MV量級），且常常伴隨有較大的噪聲。對于 這樣的信號，電路處理的第一步通常是采用儀表 放大器先將小信號放大。儀表放大器電路比簡單 的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。放大 的最主要目的不是增益，而是提高電路的信噪比。 本設計中儀表放大器采用了 OPo7三運放的結 構。如圖3所示。

當R1 = R2，R3 = R4，Rf=R5，電路的增益 為：G= (1 + 2R1/RG1)(Rf/R3)。由公式可見， 電路增益的調節可以通過改變RG1阻值實現。

1.3 A/D轉換電路

A/D轉換器采用電子秤專用芯片HX711，這是一款專為高精度電子秤而設計的24位A/D轉 換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成 了包括穩壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型 芯片所需要的外圍電路。

圖3儀表放大電路 輸入選擇開關可任意選取通道A或通道B， 與其內部的低噪聲可編程放大器相連。通道A 的可編程增益為128或64，對應的滿額度差分輸 入信號幅值分別為士 20mV或士 40mV。通道B 則為固定的32增益，所對應的滿量程差分輸入電 壓為士 80mV。通道B應用于包括電池在內的系 統參數檢測。本設計將儀表放大器輸出接至通道 A模擬差分輸入端，如下圖4所示。

1.4 單片機及接口電路

單片機采用A 丁 89C51芯片，與按鍵、液晶、 計算機接口電路如圖5所示。HX711串口通訊 線接至單片機P1.0、P1. 1 口。經單片機處理后， 將稱重數據送液晶顯示。同時將多次測量數據通 過串口送計算機顯示。

2.軟件設計

稱重儀的程序主要包括主程序、A/D轉換子 程序、液晶顯示子程序以及串口通訊子程序。其 中A/D轉換子程序尤為重要，選擇不同的輸入通 道和增益，對應的程序也不同，選擇A通道，增益 為128的程序如下。

unsigned long ReadCount( void){ unsigned long Count； unsigned char i;

ADSK=0;//ADSK 是 hx711 時鐘引腳，起 始低電平

Count — 0 ； while(ADDO)；

for(i —0；i<24；i++ ) //循環 24 次，讀取 hx711的24位輸出二進制數字量 {ADSK — 1;

Count= Count<<1 ；

ADSK — 0;

if(ADDO) Count++ ；

}

ADSK—1;

Count = Counr0x800000;//第 25 個脈沖，對 Count 進行補碼處理 ADSK — 0;

return(Count) ； //ReadCount ( void) 子程序 返回值為讀取的Count的24位數據量

}

3.電路實施中應注意的問題

檢測傳感器的輸入輸出特性往往只在一 定范圍內近似線性，而在有些范圍內明顯呈非線 性。因此需要準備大量的測試數據，以備軟件進 行分段處理。

本次稱重傳感器的最大輸出信號僅為 4mV 左右，而我們采用的儀表放大電路是由三運 放及電阻、電位器構成，運放選擇、電阻阻值的精 度、PCB布線等因素都會比集成儀表放大器產生 更大的失調電壓漂移誤差，因此必須在軟件硬件 實施中采取措施減少誤差。

4.結語

對于電類專業學生來說，尋找一個合適的綜 合實訓項目，作為課程教學與今后職業崗位之間 的橋梁，數顯稱重儀不失為一個典型案例。上述電路只需更改前面的傳感器，即可實現測溫、測電 壓、測電流等其它功能，適用性強。