基于MSP430和HX711的電子稱設(shè)計與制作

劉宸，陳垚至

（四川職業(yè)技術(shù)學院，四川遂寧，629000）

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1 稱重傳感器

一般來說，電子秤的整機誤差有50%以上由稱重傳感器所產(chǎn)生。在溫差變化劇烈的環(huán)境條件下，會帶來更大的誤差比例。稱重傳感器的性能很大程度上決定了電子秤的精準度和穩(wěn)定性。為控制成本，選擇電阻應變片和鐵質(zhì)材質(zhì)的懸臂作為稱重傳感器。

電阻應變片阻值的變化是由機械構(gòu)件上應變的變化轉(zhuǎn)換而來，因而可測得應變。為了降低制作稱重傳感器的難度，且提高測量精度，在設(shè)計制作中選用全橋結(jié)構(gòu)的應變電阻。當鐵質(zhì)懸臂受力時，應變片產(chǎn)生形變，上表面的兩個電阻受拉應變，下表面的兩個電阻受壓應變。電橋失去平衡，有輸出電壓。采用差分電橋還能實現(xiàn)溫度變化自動補償。

1.2 信號調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711

HX711是高精度重量傳感器專用的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片集成了穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可靠性。可選取A或B通道，與其內(nèi)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±20mV或±40mV。通道B則為固定的64增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。

1.3 微控制器

采用MSP430進行信號處理及運算。TI公司推出的MSP430單片機是基于RISC的16位混合信號微處理器系列，為超低功耗精心設(shè)計，片內(nèi)資源豐富，具有很強的數(shù)字和模擬信號處理能力，廣泛地應用于家電、醫(yī)療設(shè)備、儀器儀表、軍事、工業(yè)自動化和機器人制作等領(lǐng)域。

2 硬件電路與程序設(shè)計

2.1 按鍵控制

本設(shè)計采用4行4列矩陣式鍵盤，以滿足電子稱所需的各項功能。0-9按鍵設(shè)置物品單價（元/克），計算出單項物品金額；“累計”實現(xiàn)多項物品的金額累加；電子秤具有去皮功能，去皮范圍可自行設(shè)定，還可實現(xiàn)開機自動去皮。

2.2 顯示電路

采用帶字庫的QC12864B點陣液晶顯示模塊，它具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個16×16的漢字字庫，和128個16×8點ASCII字符集。利用該模塊構(gòu)成電子稱的中文人機交互界面。

2.3 系統(tǒng)電路

系統(tǒng)電路包括：穩(wěn)壓電源電路、MSP430F149最小系統(tǒng)板、矩陣式鍵盤、12864點陣液晶、A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711接口和超量程聲光報警電路。電路原理圖如圖1，電路板實物如圖2。

2.4 程序設(shè)計

圖1 電路原理圖

程序設(shè)計思路：程序上電后對單片機輸入輸出端口和定時器進行初始化配置，12864液晶顯示初始界面。初始化完成后延時一段時間進入主函數(shù)。首先由定時器每10ms刷新一次AD值累計10次求出平均值，單片機采集到AD數(shù)據(jù)后，根據(jù)按鍵功能，對應整理后輸出到12864上顯示。期間稱重重量若超過500g進行聲光提示報警；若去皮超過100g，提示“去皮超”；若金額超過顯示范圍提示“超量程”。

圖2 電路板實物圖

3 測試方案與測試結(jié)果

3.1 測試工具及軟件

精密電子稱、示波器、數(shù)字萬用表、Altium Designer 10軟件、IAR軟件

3.2 測試結(jié)果

測試基本功能一：電子秤稱重范圍5.00g～500g；標準重量為10g，實測重量9.8g；標準重量為50g,實測重量49.6g；標準重量為200、400時，誤差為0；標準重量為510g,實測重量510.2g。非線性誤差小。達到普通準確度。

測試基本功能二：放上物品時，電子秤可以設(shè)置單價（元/克），計算物品金額并實現(xiàn)金額累加。

測試基本功能三：電子秤具有去皮功能，去皮范圍設(shè)置不超過100g。