基于MSP430F449的高精度电子秤的设计

电子秤被广泛使用。本文以MSP430F449为信息处理的核心，设计了一种高精度电子秤。介绍了系统框图。重点介绍了称重传感器的工作原理和电子秤数据采集电路的设计方法。完成电子秤的软件设计。达到国家标准《非自动秤通用检验规程JJG555-1996》规定的三级秤指标，称量误差小。 0.简介电子秤是配有称重装置的秤。它经历了从模拟指针到数字开发的过程。称量精度已从0.1％提高到0.01％甚至更高。通常，它具有各种参数设置。 ，剥皮，累加，自动处理和称量结果显示等功能。电子秤操作简单，称量准确，体积小，称量快且易于阅读。它们广泛用于商业贸易，医院，学校，企业和其他部门。本文以TI的高性能单片机MSP430F449作为信息处理的核心，并结合24位A / D转换器设计了最大量程为50kg的高精度便携式电子秤10克，内部刻度值。 1g，达到国家标准《非自动秤通用检验规程JJG555-1996》规定的三级秤指标。 1.高精度电子秤的工作原理高精度电子秤以MSP430F449作为MCU，主要由称重信号采集电路，数字温度传感器，键盘，LCD，通讯接口电路，语言提示电路，电源管理等组成。电路等，其原理如图1所示。在该图中，称重传感器，调节电路，A / D转换电路等构成称重信号采集电路。当将测量的负载加载到秤体上时，安装在秤体下方的称重传感器与测量的负载成比例。电压信号经过调节电路放大，滤波和A / D转换，然后传输到MCU以完成称重信号采集。同时，MCU根据温度补偿算法，使用数字温度传感器收集的环境温度信号来完成测得的负载称量结果。补偿温度以获得最终称量结果并显示在LCD上。系统使用键盘电路完成电子秤不同功能的选择和相关数据的输入，系统具有语音提示功能，可以完成电子秤相关功能的提示，报警等，电子秤具有RS232通讯接口，可以实现与上位机等的通讯功能。系统具有正常工作和睡眠（即省电工作）等工作模式，并使用电源管理电路实现了低功耗电子秤的设计。 2.高精度电子秤的称重信号采集电路的设计基于MSP430F449的高精度电子秤的称重信号采集电路由称重传感器，称重信号调节电路和A / D转换电路组成。 2.1称重传感器的工作原理称重传感器作为电子秤的关键部件之一，直接决定着电子秤的准确性和稳定性。电子秤中使用的电阻应变式称重传感器将4个电阻应变计贴在弹性敏感元件上，然后以适当的方式形成惠斯通电桥。当称重传感器不承受载荷时，弹性传感器不产生应变，与其连接的应变仪不变形，应变仪的电阻不变，电桥平衡，输出电压为零，否则，当加载了测量的负载时当其处于电子磅秤上时，称重传感器承受负载，应变计的电阻发生变化，电桥失去平衡，并且传感器输出与负载成比例的电压信号被测负载的重量。称重传感器的工作原理如图2所示。在图2中，四个应变计的电阻分别为R1，R2，R339和R4，电桥电源电压为U。那么惠斯通电桥的输出电压为2.2。电子秤A / D转换电路设计电子秤的秤为1g，最大秤[3]为50kg，秤为5000，因此A / D转换电路的分辨率至少为1/50000。考虑到噪声的影响，在实际应用中应设置裕度，通常为最小分辨率的10倍（即可以分辨出0.1g），因此A / D转换电路的分辨率设计为1 /。 500000。此时，A / D转换器至少为19位（19位A / D转换器的分辨率为1/524288）。本文设计的电子秤使用Ana-logDevices的24位高精度，低噪声AZ类型A。 / D转换器AD7799完成称量信号的A / D转换。图3是A / D转换电路的示意图。在图中，AD7799采用差分输入法（AIN +，AIN-）将调节后的称量信号转换为数字信号，并通过称重传感器，信号调节电路和弯头芯片MSP430F449实现0.1g的分辨率。称重信号采集电路。集成运放U0和电阻R6，R7等构成A / D转换器的参考电压发生器。其输出VeF = 2.5V，AD7799具有SPI接口，Mffl使用P1.0，P1.1，P1.2来仿真SH总线。与AD7799实现数据通讯。 2.3电子秤的信号调理电路设计调理电路由称重信号放大器电路，低通滤波器电路和相关的外围电路组成。其原理如图4所示。在该图中，U2（包括U2A和U2B），R3，R4，Rs，C1，C2等构成一个双端输入和双端输出仪表放大器和低通滤波器。该仪表放大器具有低噪声和高输入阻抗。 ，低输出阻抗等优点，实现称重传感器输出弱信号（IN1 +，IN1-）的放大和低通滤波，并将调节后的信号（AIN1 +，AIN1-）直接传输到A / D转换器，集成运放U1使用TI的OPA2227。集成运算放大器具有低噪声，低漂移，低失调电压，高共模抑制比（CMRR）和工作频率带宽的优点。非常适合弱信号处理。 2.3.1确定信号调节电路的电压放大系数在图4中，由U2，R3，R4，R5，C1，C2等组成的第一级调节电路的电压放大系数为3。软件设计高精度电子秤的设计电子秤的软件设计主要包括系统初始化子程序，称重信号采集与处理子程序，功能键处理子程序，睡眠状态唤醒子程序和通讯子程序。图5是电子秤的称重信号采集和处理子程序的流程图。在图中，系统首先完成对称重信号和环境温度信号的实时采集，执行数据预处理，然后根据温度补偿算法完成称重数据。温度补偿，获得最终的称量结果，通过LCD进行显示，并调用语音提示子例程以完成称量结束提示。如果需要与主机通信，则调用通信子例程以完成与主机的通信功能。 4.结论本文以TI的高性能单片机MSP430F449作为信息处理的核心，结合24位A / D转换器，设计了高精度电子秤，并完成了软硬件电路电子秤的设计。该电子秤的最大量程为50kg，分割数为5000，内部分割值为1g，符合国家标准《非自动秤通用检验规程JJG555-1996》规定的三级秤指标。 。