1.傳感器簡介

? ? 稱重系統(tǒng)在工業(yè)級日常生活中應(yīng)用非常廣泛，從小型的電子稱到大型的地磅。其中傳感器大部分為電阻應(yīng)變式壓力傳感器。一般由四個電阻應(yīng)變片組成惠更斯電橋，安裝在彈性體上。當(dāng)有壓力時，應(yīng)變片隨彈性體發(fā)生形變，電阻產(chǎn)生變化，電橋產(chǎn)生不平衡電壓。一般壓力與電橋不平衡電壓成線性比例關(guān)系。

?????? 傳感器的輸出電壓一般比較小，為mV級別。具體取決于激勵電壓和傳感器靈敏度。常見的靈敏度有1mV/V、2mV/V、3mV/V。對于2mV/V的傳感器，在激勵電壓為5V時，滿量程時輸出電壓為2mV/V*5V=10mV。

2.硬件設(shè)計

? ? 傳感器信號比較小，需要放大后再進行AD采集。目前有很多稱重系統(tǒng)專用的AD芯片，內(nèi)部集成了放大器，大大簡化了硬件電路的設(shè)計。如TI的ADS1231，芯海科技的CS1231、海芯科技的HX710等。這些芯片都是24位AD，且集成了128倍的放大器（部分芯片放大倍數(shù)可設(shè)置）。本文以HX710為例進行介紹。其電路圖如下：

? ? 查詢手冊可以看到芯片5V供電時的性能要優(yōu)于3V供電。但需要注意的是HX710的AVDD不能大于DVDD，而目前大部分單片機為3.3V供電，所以這里都用3.3V供電。ADS1231是沒有這個限制的，即DVDD可以是3.3V，AVDD可以是5V。

? ? 芯片共模輸入電壓范圍為AGND+0.9V到AVDD-1.3V，這一點在其它應(yīng)用時需要注意。

? ? 芯片差分輸入電壓范圍為±0.5VREF/放大倍數(shù)（128）≈±12.89mV。對于3.3V激勵電壓，2mV/V靈敏度的傳感器，最大輸出電壓為±6.6mV，在芯片要求范圍內(nèi)。兩個值相差近一倍，會損失約1位的分辨率。激勵電壓越大，傳感器輸出電壓越接近AD的輸入范圍，AD的分辨率就越能得到有效利用。但也要綜合考慮整個電源系統(tǒng)的設(shè)計。

? ? 另外，傳感器的激勵電壓盡量與芯片的VREF采用同一個電源，這樣可以抑制一些共模干擾。

3.軟件設(shè)計

? ? 芯片與單片機接口簡單，一個數(shù)據(jù)輸出引腳DOUT，一個時鐘引腳SCK。

? ? 當(dāng)AD一次轉(zhuǎn)換完成后，DOUT由高電平變?yōu)榈碗娖?#xff0c;此時SCK引腳輸入25~27個不等的時鐘脈沖，每個時鐘的上升沿從DOUT讀取數(shù)據(jù)。時序圖如下。其它芯片的讀取數(shù)據(jù)時序與此芯片基本相同。

程序編寫

int32_t ad_val=0;//AD值void Get_HX710() {HX710_SCLK_CLR;if(READ_HX710_DOUT_PIN)return ;for(i=0;i<24;i++){HX710_SCLK_SET;ad_val=ad_val<<1;HX710_SCLK_CLR;if(READ_HX710_DOUT_PIN)ad_val++;}HX710_SCLK_SET;if(ad_val&0x800000)ad_val|=0xFF000000;HX710_SCLK_CLR; }

傳感器校準(zhǔn)

? ? 上面讀取的是AD原始值，轉(zhuǎn)換成重量前需要對傳感器進行校準(zhǔn)。一般傳感器校準(zhǔn)至少需要兩個點：零點和任滿量程（當(dāng)然，其它任意兩個點也可以，因為兩點確定一條直線）。對于一些要求高的場合，則需要多個點進行分段校準(zhǔn)，甚至不同溫度區(qū)間進行校準(zhǔn)。本文以兩個點的校準(zhǔn)為例。校準(zhǔn)數(shù)據(jù)包括零點校準(zhǔn)值、零點AD值、滿量程校準(zhǔn)值、滿量程AD值。

? ? 計算稱重值比較簡單，即在通過兩個校準(zhǔn)點確定一條直線，找到該曲線上AD值對應(yīng)的重量。程序如下：

int32_t CaliADCValue[2];//校準(zhǔn)的AD值 int32_t CaliSensorValue[2];//校準(zhǔn)的傳感器值 int32_t ZeroValue;//去皮AD值void CalcWeight(int32_t AD_Value) {int32_t Sensor_Value = 0;int32_t TempCaliADCValue[2];//校準(zhǔn)AD值??????TempCaliADCValue[0] = CaliADCValue[0] + ZeroValue;TempCaliADCValue[1] = CaliADCValue[1] + ZeroValue;//去皮if(AD_Value < TempCaliADCValue[0])//小于0點值{Sensor_Value = 0;}else if(AD_Value > TempCaliADCValue[1])//大于最大校準(zhǔn)值{Sensor_Value = CaliSensorValue[1] + (float)(AD_Value - TempCaliADCValue[1])/(float)(TempCaliADCValue[1] - TempCaliADCValue[0]) * (float)(CaliSensorValue[1] - CaliSensorValue[0]);}else//在校準(zhǔn)范圍內(nèi){Sensor_Value = CaliSensorValue[0] + (float)(AD_Value - TempCaliADCValue[0])/(float)(TempCaliADCValue[1] - TempCaliADCValue[0]) * (float)(CaliSensorValue[1] - CaliSensorValue[0]);} }

? ? 稱重系統(tǒng)的一個重要功能就是去皮。上面程序中包括了去皮的功能，去皮即在原來校準(zhǔn)AD值的基礎(chǔ)上加上去皮AD值，作為新的校準(zhǔn)AD值去計算。

? ? AD去皮值=當(dāng)前AD值-零點校準(zhǔn)AD值。

ZeroValue = ad_val - CaliADCValue[0]；

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本文介紹的只是一種常見的稱重系統(tǒng)設(shè)計方案。在一些要求高的場合，可能需要對傳感器進行蠕變補償，采用交流激勵等方式。

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總結(jié)

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