介紹了在四片應變電阻片組成的全橋電阻橋電路的基礎上實(shí)現較高精度簡(jiǎn)易電子稱(chēng)的過(guò)程。 四片常用120Ω 精密鉑金應變電阻片組成全橋電阻橋電路，通過(guò)調零電路、前級放大、低通濾波、后級精密放大、AD 采樣，實(shí)現簡(jiǎn)易電子稱(chēng)的基本功能。論述了實(shí)現對懸梁臂的形變檢測，對微小信號實(shí)現放大。 系統通過(guò)低通濾波器以及零漂移，自調零放大器實(shí)現對噪聲的抑制，以及對有用信號的放大與檢測。

本文介紹了一個(gè)以電阻應變片為稱(chēng)重傳感器的簡(jiǎn)易電子秤。 稱(chēng)重范圍 5．00g～500g；重量小于 50g，稱(chēng)重誤差小于 0．5g；重量在 50g 及以上，稱(chēng)重誤差小于 1g，且可以數字顯示，具有去皮，設置單價(jià)（元／ 克），可計算物品金額并實(shí)現金額累加的功能。

1.硬件設計方案

系統以 STC89C52 為主控制器，通過(guò)程控功率放大電路和嘯叫檢測與抑制電路實(shí)現帶嘯叫抑制的音頻功率放大系統。 硬件電路主要包括電阻應變式稱(chēng)重傳感器、單片機、前級低噪聲放大、低通濾波器、后級精密放大，AD 采樣模塊。 用 Altium De-signer 設計 PCB，具體系統框圖如圖 1 所示。

擴展的內容主要有機械調零電路、 顯示屏接口、ADC 采樣基準電壓產(chǎn)生模塊。

1．1 傳感器電路電路設計

設計采用四片阻值同為 120Ω 的精密鉑金電阻應變片組成全橋差動(dòng)電阻橋。 該電路輸出的是差分有用信號，因此后一級電路需要用差分放大電路實(shí)現對有用信號的放大。

1．2 前級放大電路模塊設計

如圖 4 所示為前級放大電路原理圖。

設計采用 AD620 是一款低成本、高精度儀表放大器，具有功耗低，噪聲小及供電范圍廣的特點(diǎn)，僅需要一個(gè)接在引腳 1 和 8 上的外部電阻 RG 來(lái)設置增益 ，增益范圍為 1 至 10000，并且該電路產(chǎn)生的噪聲和漂移也很低。

RG ＝ 49．4kΩ

G－1

AD620 的參考電壓為 2．5V，實(shí)現差分輸入 ，輸出時(shí)在差分放大信號上疊加直流參考電壓 2．5V。

1．3 低通濾波電路模塊設計

設計采用 OPA333 是一款理想的具有自調零和零漂移功能的軌至軌輸出的精密放大器， 使用 OPA333 芯片搭建有源濾波器對電路進(jìn)行低通濾波。 因為經(jīng)過(guò)前級放大電路，信號疊加有一個(gè)基準電壓的直流分量， 低通濾波器并不會(huì )對直流信號進(jìn)行衰減，可以有效地對電路中的高頻噪聲信號進(jìn)行衰減。

OPA333 的輸入電壓范圍為 1．8V～5．5V， 因此需要將其參考地設為 2．5V，實(shí)現以 2．5V 為基準，對交流信號進(jìn)行濾波。

1．4 后級放大電路模塊設計

設計采用 OPA333 是一款理想的具有自調零和零漂移功能的精密放大器，使 OPA333 具有十分好的失調電壓，基本不會(huì )引入多余的噪聲。

OPA333 的輸入電壓范圍為 1．8V～5．5V，，因此需要將其參考地設為 2．5V，以滿(mǎn)足電路的需求，對交流小信號進(jìn)行放大。 使最終輸出電壓范圍在 2．5V～5V 之間變化。

OPA333 放大的要求是在滿(mǎn)足 AD 采樣輸入電平的情況， 盡量放大信號， 但是輸出的信號的范圍要在 2．5V 到 5V 之間，保證信號不會(huì )削頂失真。 要保留一定的裕量，保證放大器的正常工作，以及保證電子秤去皮功能的正常。

2.程序設計

本題主控芯片選用 STC89C52。 該款芯片具有操作簡(jiǎn)單，性能良好，性?xún)r(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。 由于 89C52 芯片未集成 AD 芯片，所以選用了一款 12 位 AD 采樣芯片 TLC2543。

程序主體思路是單片機通過(guò)輪詢(xún)方式， 查詢(xún) AD 芯片數據采集情況及 4*4 矩陣鍵盤(pán)輸入情況。 通過(guò)計算將結果通過(guò)1602 液晶屏幕顯示出來(lái)。

功能一：通過(guò) AD 采樣電壓， 換算出重量； 功能二： 鍵入單價(jià)；功能三：去皮；功能四：累加；仿真截圖如圖 7。

3.簡(jiǎn)易電子稱(chēng)數據測量

 時(shí)間：2016 年 7 月 26 日～2016 年 7 月 28 日 室內溫度：28℃。

測試儀器為：UNI－T UT805A 萬(wàn)用表；MOTECH LPS305直流穩壓電源；Tektronix TDS 1012 數字示波器。

3．1 測試方案與測試數據

首先為了得出系統輸出電壓與物體重量之間的關(guān)系， 假設輸出與放置的物體質(zhì)量之間存在線(xiàn)性關(guān)系， 對簡(jiǎn)易電子稱(chēng)從空重開(kāi)始測量，驗證它們之間是否滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)測得的多組數據進(jìn)行分析數據。

使用隨機測量法對得出的輸出電壓與物體重量之間的關(guān)系進(jìn)行檢驗，先對 20g 之前的物體進(jìn)行全部抽樣測量，對之后的物體進(jìn)行隨機選擇質(zhì)量進(jìn)行測量，看顯示是否符合標準。

3．2 誤差分析

由于采用 12 位 ADC 采樣輸出， 雖然 ADC 的精度已經(jīng)達到設計要求，但是 ADC 直接采樣會(huì )有略微的誤差。 電路的噪聲、環(huán)境的噪聲，經(jīng)過(guò)放大電路會(huì )對最后的輸出造成較大的干擾。 由于輸入信號的電壓只有 μV 級別， 和運放的輸入失調電壓和溫漂都在同一個(gè)數量級，以及使用的運放的電阻的熱噪聲，都會(huì )對輸出造成影響。