基于STM32的智能稱重系統(tǒng)

姚廣芹++張岐磊

摘 要：本設(shè)計(jì)是以STM32F103RBT6單片機(jī)為控制器，電阻應(yīng)變片為傳感器，通過24位并集成放大的CS5530進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，配以NOKIA5110液晶顯示和鍵盤等部分組成，該稱重系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動稱重、計(jì)價(jià)累計(jì)、去皮等主要功能，具有計(jì)量準(zhǔn)確、快速方便、誤差小、數(shù)字顯示等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：STM32；應(yīng)變片；CS5530；液晶

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0041-02

1 方案論證

1.1 總體方案論證

本設(shè)計(jì)硬件電路由控制器，稱重傳感器模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊，鍵盤和顯示模塊組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2 稱重傳感器部分電路

稱重傳感器部分采用電阻式應(yīng)變片，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機(jī)械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為ΔR/R后，由于應(yīng)變量及相應(yīng)的電阻變化一般都很小，難以測量且不便處理，因此要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的ΔR/R變化轉(zhuǎn)化成電壓或者電流變化，常用的轉(zhuǎn)換電路為直流測量電橋。

直流電橋特點(diǎn)是信號不受元件和導(dǎo)線的分布電感和電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，電橋調(diào)節(jié)平衡電路簡單，直流電源（+5V）在系統(tǒng)中比較方便。直流電橋輸出的信號較小，有必要做放大處理。

1.3 信號處理部分

由于直流電橋輸出的電壓信號只有0-30mV，所以需要用高增益、高穩(wěn)定性的放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)。

選用放大電路與AD轉(zhuǎn)換集成的芯片，可以簡化硬件電路，提高抗干擾能力和精度。CS5530是高度集成的ΔΣ模數(shù)轉(zhuǎn)換器，運(yùn)用電荷平衡技術(shù)，性能達(dá)24位，非常適合稱重衡器、過程控制、科學(xué)和醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域的單極性或雙極性小信號測量。內(nèi)部集成64倍放大器、數(shù)字濾波器、可選的50/60Hz頻率抑制以及40倍的可控增益等信號調(diào)理電路。

1.4 鍵盤和顯示部分

按鍵采用4*4矩陣按鍵，功能豐富，節(jié)約端口。液晶顯示功耗低，界面清晰，顯示信息豐富，NOKIA5110采用串行通信，接口電路簡單，字符漢字均能顯示，速度快，具有掉電模式，適合便攜式的設(shè)備。

1.5 控制芯片

選擇STM32系列，32位機(jī)，高性能，低功耗，速度快，集成化高，接口簡單。

2 理論分析與計(jì)算

本設(shè)計(jì)測量電路采用直流電橋，具體測量方式分為單臂、半橋、全橋三種，靈敏度最高的是全橋電路，電路如圖2。

當(dāng)電橋平衡時(shí)，，所以。

全橋差動測量時(shí)，在四個(gè)橋臂上均放置350歐應(yīng)變片，相對應(yīng)變片應(yīng)變相同，相鄰應(yīng)變片應(yīng)變相反，其靈敏度系數(shù)較高，同時(shí)具有抑制溫漂等優(yōu)點(diǎn)。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件部分主要包括電源、單片機(jī)、稱重傳感器、鍵盤和顯示等組成。主要單元電路設(shè)計(jì)如下：

3.1 單片機(jī)及電源模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中單片機(jī)采用STM32F103RBT6，屬于“增強(qiáng)型”，時(shí)鐘頻率最高達(dá)72MHZ，內(nèi)含128K flash，32K RAM，性能優(yōu)越。

STM32單片機(jī)需要直流3.3V電源，稱重傳感器電路需要直流5V電源，電路如圖3。

3.2 稱重部分信號處理電路

將左右兩邊四個(gè)電阻應(yīng)變片接成全橋，四個(gè)接口接到CS5530上進(jìn)行信號處理，AD轉(zhuǎn)換如圖4所示。稱重電路的電源是5V，STM32單片機(jī)的電源是3.3V，用ADuM1401作電平轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換電路如圖5。

3.3 鍵盤及顯示電路

鍵盤采用4*4矩陣按鍵，16個(gè)按鍵功能如下：

0-9數(shù)字鍵——修改單價(jià) *、#組合鍵——校準(zhǔn)

A鍵——清零 B鍵——去皮 C鍵——金額累加

D鍵——顯示總金額

顯示電路采用NOKIA5510，接口電路如圖6所示。

4 程序設(shè)計(jì)

軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)的方法，由主程序、液晶顯示子程序、鍵盤掃描子程序等組成。主程序流程圖如圖7。

5 測試

取稱重范圍5.00g-500g；用法碼逐一測量與示數(shù)比較，如表1。

6 結(jié)語

經(jīng)過測試本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)下面功能：

（1）能顯示被稱物體重量、單價(jià)、金額；稱重范圍1.00g——500g，重量小于50g，誤差小于0.2g；重量在50g及以上，稱重誤差小于0.4g。

（2）用數(shù)字鍵輸入修改單價(jià)，每稱重一件按C鍵保存金額，累加后按下D鍵顯示總金額。

（3）按下B鍵稱重皮重，并保存，重新帶皮和重物一起稱重，按下B鍵，減去剛保存的皮重，實(shí)現(xiàn)去皮。

（4）設(shè)置校準(zhǔn)功能，防止一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)溫度和元件本身等原因產(chǎn)生誤差較大，隨時(shí)可以用按鍵*、#組合鍵進(jìn)入校準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]孫莉.多功能精準(zhǔn)電子秤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].德州學(xué)院機(jī)電學(xué)院報(bào)，2013（04）：203-204.

[2]許曉彤.基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)[J].自動化計(jì)量儀器，2012（07）：69-72.

[3]趙家貴等.新編傳感器電路設(shè)計(jì)手冊[M].中國計(jì)量出版社，2002：301-302.