傳感器在電子秤中的設計和應用

1、 傳感器在電子秤中的設計和應用 摘要：在我們的生產(chǎn)生活中，電子秤的應用范圍相當廣泛。一個物體被稱量，其重量通過壓力傳感器的轉換和處理，變?yōu)殡妷盒盘?。將這種微弱的電壓信號利用信號放大電路放大，再由a/d轉換器轉換為相應的數(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。在電子秤的設計中，傳感器起到了至關重要的作用。關鍵詞：傳感器；電子秤；設計；應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，而電子秤設計的模式也大多轉變?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。傳感器在設計中的作用，就是將物體的重量轉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電阻應變式傳感器的測量電路應變片是用粘結劑粘貼到被測件上的，這就要求粘結劑形成的膠層必須準確迅速地將被測件的應變傳遞到敏感柵上。選擇粘結劑時必須考慮應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之間的比例關系。得：電阻的相對變化對應于應變的靈敏度系數(shù)定義為：所以金屬絲的靈敏度系數(shù)為：由于受到敏感柵結構形狀、成型工藝、粘接劑和基底性能的影響

4、，應變片的靈敏度系數(shù)通常小于相應敏感柵整長應變絲的靈敏度系數(shù)。其中最主要的影響因素是敏感柵的結構形狀，尤其是柵端圓弧部分橫向效應的影響，因此，在計算參數(shù)時需考慮在內。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應變片的理論分析與計算電阻應變片傳感器是將被測物體的重量變化轉換成電阻值的變化，其電阻變化范圍為0.00050.1歐姆。所以測量電路應當能精確測量出很小的電阻變化，在電阻應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的關系時，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轉換器研究可知，a/d轉換部分對系統(tǒng)整體設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計發(fā)布的24位a/d轉換器芯片，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動，無需對芯片內部的寄存器來拓展配置編程。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。芯片內提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內的a/d轉換器提供電源，系統(tǒng)板上無需添加另外的模擬電源。芯片內的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復位功能簡化了開機的初始化過程?？紤]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指標中包括線性度、溫漂、重復性、遲滯、靈敏度等。在選用的時候不應該盲目追求高等級的傳感器，應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、重復性和遲滯三項指標的方和根，其值應略高于秤的精度。2.6鍵盤處理電路由于此電子秤需要設置單價(10個數(shù)字鍵)，還具有確認、刪除、去皮、計價等功能，總共需設置17個鍵(包括一個復位鍵)。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。結合本設計的實際要求，16個按鍵使用44矩陣式鍵盤，另外一個復位鍵將使用獨立式按鍵設計實現(xiàn)。結語在產(chǎn)品的設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)