1、 傳感器在電子秤中的設(shè)計和應(yīng)用 摘要：在我們的生產(chǎn)生活中，電子秤的應(yīng)用范圍相當廣泛。一個物體被稱量，其重量通過壓力傳感器的轉(zhuǎn)換和處理，變?yōu)殡妷盒盘枴⑦@種微弱的電壓信號利用信號放大電路放大，再由a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號送入主控電路，最后呈現(xiàn)在顯示屏上，顯示被稱量物體的重量。在電子秤的設(shè)計中，傳感器起到了至關(guān)重要的作用。關(guān)鍵詞：傳感器；電子秤；設(shè)計；應(yīng)用引言在我國各項經(jīng)濟獲得平穩(wěn)增長的今天，家庭和個人對各種便攜式小型秤的需求越來越大。早期電子秤一般是通過模擬電路來實現(xiàn)的，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字芯片價格的逐漸降低，模擬控制已經(jīng)慢慢被數(shù)字控制替代，而電子秤設(shè)計的模式也大多轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴幚砥鳛楹?/p>

2、心的模式，其精度與可靠性也都有明顯的提高。1傳感器對電子秤的重要性電子秤系統(tǒng)分為五個部分，分別是測量、控制、鍵盤、數(shù)據(jù)顯示和電路電源。測量部分就是利用壓力傳感器和放大電路進行數(shù)據(jù)采集。控制部分是利用單片機來進行數(shù)據(jù)處理。傳感器在設(shè)計中的作用，就是將物體的重量轉(zhuǎn)化為能被識別和傳遞的電信號。傳感器對電子秤而言，就像是人類的感覺器官，感受其所承受的物體之重。2利用傳感器測量并采集數(shù)據(jù)2.1電阻應(yīng)變式傳感器的測量電路應(yīng)變片是用粘結(jié)劑粘貼到被測件上的，這就要求粘結(jié)劑形成的膠層必須準確迅速地將被測件的應(yīng)變傳遞到敏感柵上。選擇粘結(jié)劑時必須考慮應(yīng)變片和被測件的材料性能，要求粘接力強，粘接后機械性能可靠，電絕緣

3、性良好等。常用的粘結(jié)劑類型有硝化纖維素型，氰基丙烯酸型，聚酯樹脂型等。綜合考慮經(jīng)濟性和目標的硬性要求，我們采用了聚酯樹脂型。金屬絲的原始長度l，半徑r，受力f作用后長度為l+l，半徑為r-r，根據(jù)金屬絲的電阻計算公式：r=l/s，由r的全微分得到r的相對變化，表達式：式中：l/l為長度的相對變化，即應(yīng)變；s/s是截面積的相對變化；/是電阻率的相對變化。對于金屬絲的變形，有：式中：為泊松比，它反映了金屬絲變形后長度的相對變化l/l和半徑的相對變化r/r之間的比例關(guān)系。得：電阻的相對變化對應(yīng)于應(yīng)變的靈敏度系數(shù)定義為：所以金屬絲的靈敏度系數(shù)為：由于受到敏感柵結(jié)構(gòu)形狀、成型工藝、粘接劑和基底性能的影響

4、，應(yīng)變片的靈敏度系數(shù)通常小于相應(yīng)敏感柵整長應(yīng)變絲的靈敏度系數(shù)。其中最主要的影響因素是敏感柵的結(jié)構(gòu)形狀，尤其是柵端圓弧部分橫向效應(yīng)的影響，因此，在計算參數(shù)時需考慮在內(nèi)。2.2稱重傳感器的數(shù)量和量程稱重傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)稱重系統(tǒng)的用途、承載體需要支撐的點數(shù)(支撐點數(shù)應(yīng)根據(jù)承載體幾何重心和實際重心重合的原則確定)而定。一般來說有幾個支撐點就選用幾只稱重傳感器。傳感器的量程選擇可依據(jù)稱重的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的最大偏載及動載因素綜合評價來決定。一般來講，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但是在實際的使用當中，由于加載在稱重傳感器上的載荷除被稱

5、量物體外，還存在承載體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用稱重傳感器時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。2.3應(yīng)變片的理論分析與計算電阻應(yīng)變片傳感器是將被測物體的重量變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，其電阻變化范圍為0.00050.1歐姆。所以測量電路應(yīng)當能精確測量出很小的電阻變化，在電阻應(yīng)變傳感器中最常用的是橋式測量電路。橋式測量電路有四個電阻，電橋的一個對角線接入工作電壓e，另一個對角線為輸出電壓u g，由公式6計算。其特點是，當四個橋臂電阻達到相應(yīng)的關(guān)系時，電橋輸出為零，否則就有電壓輸出，可利用靈敏檢流計來測量，所以電橋能夠精確地測量微小的電阻變化。 （6） （7）公式2是全橋

6、式電路的輸出，也就是由壓力轉(zhuǎn)換而來的電信號,計算驗證，全橋電路的靈敏度是單臂電橋的四倍。2.4 a/d轉(zhuǎn)換器研究可知，a/d轉(zhuǎn)換部分對系統(tǒng)整體設(shè)計的成功運作具有重要意義。hx711芯片即是一種專為高精度電子秤而設(shè)計發(fā)布的24位a/d轉(zhuǎn)換器芯片，與同類型其它芯片相比，該芯片的選用不僅降低了電子秤的整體成本，更重要的則是提高了整機的性能和可靠性。該芯片與后端mcu芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號均由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器來拓展配置編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道a或通道b，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(yīng)的滿額度差分輸入信號幅值分別為20mv

7、或40mv。通道b則為固定的32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)板上無需添加另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復(fù)位功能簡化了開機的初始化過程。考慮到本系統(tǒng)中對物體重量的測量和場合使用的精度要求，以及對轉(zhuǎn)換速率也呈現(xiàn)出明確快捷要求。2.5稱重傳感器的準確度等級選擇稱重傳感器的準確度等級技術(shù)指標中包括線性度、溫漂、重復(fù)性、遲滯、靈敏度等。在選用的時候不應(yīng)該盲目追求高等級的傳感器，應(yīng)該考慮電子衡的準確度等級和成本。一般情況下，選用傳感器的總精度為線性度、重復(fù)性和遲滯三項指標的方和根，其值應(yīng)略高于秤的精度。2.6鍵盤處理電路由于此電子秤需要設(shè)置單價(10個數(shù)字鍵)，還具有確認、刪除、去皮、計價等功能，總共需設(shè)置17個鍵(包括一個復(fù)位鍵)。鍵盤的擴展方案采用了矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的特點是把檢測線分成2組，一組行線，一組列線，按鍵將部署在行線和列線的交叉點上。當鍵盤的數(shù)量大于8時，一般都采用矩陣式鍵盤。結(jié)合本設(shè)計的實際要求，16個按鍵使用44矩陣式鍵盤，另外一個復(fù)位鍵將使用獨立式按鍵設(shè)計實現(xiàn)。結(jié)語在產(chǎn)品的設(shè)計和器件選用的過程中，要充分考慮各種因素可能造成的多方面影響。明確產(chǎn)