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基于STM32的*電子地磅設(shè)計(jì)原理：

稱(chēng)重裝置已成為生活中不可或缺的*部分，大到重工業(yè)生產(chǎn)，小至街頭小販。目前電子地磅市場(chǎng)普遍存在基于89C51系列芯片研制的電子地磅，電子地磅信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)電路多以使用集成電路芯片HX710A型單芯片處理為主P，以?xún)?nèi)部模擬電路集成芯片改變以往的多元器件堆積焊接實(shí)現(xiàn)單*便捷結(jié)構(gòu)化。

　　本文基于貼片式電阻應(yīng)變片傳感器研發(fā)的電子地磅裝置，結(jié)合STM32單片機(jī)控制與信號(hào)調(diào)理電路，實(shí)現(xiàn)在誤差范圍50g內(nèi)小于0.5g，在50500g內(nèi)小于lg的*測(cè)量，設(shè)計(jì)*款便攜式、*靈敏度、低成本的智能電子地磅裝置。

　　1.方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖l*示，本方案設(shè)計(jì)有以下幾部分組成：信號(hào)采集單元、信號(hào)放大電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、液晶顯示、鍵盤(pán)輸入、電源設(shè)計(jì)。

　　本設(shè)計(jì)采用BHF350-3AA型貼片式應(yīng)變片，具有價(jià)格低、*度*和較好的線性特性E前端由四路貼片式電阻應(yīng)變片傳感器為數(shù)據(jù)采集單元，ADA4528-2放大低電平幅度信號(hào)，再由24位HADC型20丨電子制作2016年ll月信號(hào)采集與調(diào)理電路設(shè)計(jì)AD7791轉(zhuǎn)換放大后的信號(hào)，由STM32將*得到的A/D值進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，將秤取的重量由TFT顯示屏顯示出來(lái)，單片機(jī)外加鍵盤(pán)輸入，可手動(dòng)調(diào)節(jié)物品單價(jià)，進(jìn)行累加計(jì)算。

　　電源設(shè)計(jì)部分按照各部分*需電壓分路調(diào)節(jié)輸出。

　　1.1硬件設(shè)計(jì)應(yīng)變片安放傳感器設(shè)計(jì)采用等截面矩形結(jié)構(gòu)的懸梁臂結(jié)構(gòu)，如*示，R1、R2為貼片式電阻應(yīng)變片粘貼于A端的懸梁臂X位置，且A端固定于支架上，B端為體秤受力端，當(dāng)受到向下拉力時(shí)，懸梁臂形變，同時(shí)應(yīng)變片也產(chǎn)生相同的形變，導(dǎo)致應(yīng)變片輸出電阻值發(fā)生變化。由物體受力分析可得在懸梁臂A端附近形變zui為明顯，應(yīng)變片形變更明顯。

　　等截面懸梁臂為X處的應(yīng)變值為：信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)量*度要求050g范圍內(nèi)誤差小于0.5g，50500g范圍內(nèi)誤差小于lg，電阻應(yīng)變片的溫漂效應(yīng)明顯，而且容易受到激勵(lì)電壓的低頻變化的影響，我們選用低漂移的低噪聲運(yùn)算放大器，同時(shí)還要考慮在*放大倍數(shù)的情況下失調(diào)電壓和增益誤差不使ADC電路前端過(guò)載，我們還要求選用的放大器是軌到軌的輸出性能，通過(guò)比較和測(cè)試，我們zui終選用ADA4528-2這款*密運(yùn)算放大器作為前端放大電路。ADA4528-2為雙通道運(yùn)放，具有2.2V至5.5V的寬工作電源電壓范圍、*增益、出色的cmrr和psrr特性。失調(diào)電壓為2.5uV，失調(diào)電壓漂移為0.015uV/°C，適用于不容許誤差源的應(yīng)用，是*密放大應(yīng)用理想之選。

　　由兩個(gè)零漂移放大器組成了對(duì)稱(chēng)式放大器結(jié)構(gòu)，這樣形成了三運(yùn)放式儀表放大器的*級(jí)，很好的自行校正了低頻直流誤差，同時(shí)也抵消了l/f噪聲的影響，但對(duì)兩個(gè)放大器反饋電阻選擇要求較*，盡量做到完全匹配，因此我們選用1%0*電阻。增益可得：如*示，電容R5與R6置于運(yùn)算放大器的反饋環(huán)路中，與R5和R6―起形成4.3Hz截止頻率的低通濾波器，用于限制進(jìn)入Z-A型ADC的噪聲量。C5與R7、R8―起形成*個(gè)截止頻率為8Hz的差分濾波器，用以進(jìn)*步限制噪聲。C3、C4與R7、R8―起形成截止頻率為159Hz的共模濾波器。

　　由于ADA4528-2具有超低失調(diào)電壓和噪聲的*器件，因此必須*心布置PCB安排，以使得芯片性得達(dá)到zui佳狀態(tài)，為減少輸出電流變化引起的電源干擾zui小，保持較短的電源走線，旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件電源引腳等細(xì)節(jié)。

　　二級(jí)放大及ADC電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)*級(jí)前端放大后，需要再進(jìn)行*級(jí)放大以滿足ADC電路的需要。由于我們選用AD7791這款A(yù)DC芯片，內(nèi)置*個(gè)24位Z-A型ADC，其中含有*個(gè)可緩沖或無(wú)緩沖差分輸入，使得內(nèi)部集成了*個(gè)差分輸入放大器電路，AD7791接受差分模擬輸入和差分基準(zhǔn)電壓。為適合低頻測(cè)量應(yīng)用的低功耗、完整模擬前端，采用3V電源時(shí)，二者的典型功耗為65pA；采用5V電源、禁用緩沖時(shí)，典型功系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)電路采用5V基準(zhǔn)電壓，峰峰值輸入范圍為10V，因此LSB等于：約為ADC量程的38%>.較寬的模擬輸入有利于稱(chēng)重傳感器的失調(diào)電壓和增益誤差不會(huì)使ADC前端過(guò)載。雖然采用四線式的貼片傳感器沒(méi)有檢測(cè)引腳，使得ADC的差分基準(zhǔn)電壓引腳與勵(lì)磁電壓和地直接相連，導(dǎo)致了線路電阻上存在*定的壓差，但仍能*出該電橋上產(chǎn)生的電壓。

　　系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)電源是*個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，*個(gè)良好的電源設(shè)計(jì)是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提。電壓的波動(dòng)，將導(dǎo)致系統(tǒng)讀數(shù)稱(chēng)量的*度。

　　傳感器是通過(guò)壓力的改變使得電壓對(duì)電阻應(yīng)變片的輸出量變化，電壓的不穩(wěn)定，直接導(dǎo)致信號(hào)采集的可靠性，同時(shí)不穩(wěn)定的電壓將對(duì)后面放大電路、AD電路產(chǎn)生壓差失調(diào)、增益誤差和噪聲干擾，使得系統(tǒng)無(wú)法工作。提升電源性能，會(huì)使系統(tǒng)更優(yōu)良。電源設(shè)計(jì)如*示。

　　TPS7350具有完善的保護(hù)電路，包括過(guò)流、過(guò)壓、電壓反接保護(hù)。由電壓源7.2V輸出，經(jīng)兩個(gè)TPS7350電路轉(zhuǎn)換為3.3V電壓，為單片機(jī)及顯示屏供電。

　　ADP3301-5.0是*款低噪聲調(diào)節(jié)器，輸入工作電壓范圍3V12V，并提供超過(guò)100毫安的負(fù)載電流，具有卓越的電壓和負(fù)載調(diào)節(jié)，該ADP3301作為*般使用時(shí)*需*個(gè)0.47mF旁路電容輸出。

　　和稱(chēng)重傳感器提供穩(wěn)定的5V電壓，外圍電路設(shè)計(jì)中加以去耦電容、降噪電容，避免了電源、地層的噪聲在電路中的影響致使性能下降。

　　1.2軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是基于STM32單片機(jī)的開(kāi)發(fā)運(yùn)用，STM32F103RCT6芯片以ARMCortex-M3為內(nèi)核，zui*工作頻率為72MHz，片上集成64K字節(jié)SRAM，512K字節(jié)的FLASH容量，自帶校準(zhǔn)RTC晶振，tag接口等。具有*強(qiáng)的處理計(jì)算能力，并且開(kāi)發(fā)環(huán)境易搭建。非常適用于此次簡(jiǎn)易電子稱(chēng)的數(shù)據(jù)處理。

　　鍵盤(pán)為4X4的數(shù)字鍵盤(pán)，除了簡(jiǎn)單的0~9的數(shù)字功能外，并由校準(zhǔn)、去皮、單價(jià)、累加、歸零、等于代替其他鍵的功能。鍵盤(pán)的輸入是以狀態(tài)機(jī)輸入判斷，STM32控制器具體需要執(zhí)行的代碼取決于接收到的事件。*以，數(shù)據(jù)控制流程不能是事先設(shè)定好的，它們的命令和選擇也就是用戶隨機(jī)輸入造成的事件來(lái)驅(qū)動(dòng)。

　　系統(tǒng)軟件分由A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)制轉(zhuǎn)換、鍵盤(pán)掃描模塊、液晶顯示模塊和主函數(shù)模塊。在開(kāi)機(jī)初始化后，由目」端傳感器采集信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、A/D轉(zhuǎn)換，傳送到STM32單片機(jī)控制器，有STM32進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)換；同時(shí)判斷外部鍵盤(pán)是否有輸入響應(yīng)，若無(wú)，則STM32將處理的信號(hào)送至顯示屏，由顯示屏顯示秤取的重量；如果由外部響應(yīng)輸入，單片機(jī)根據(jù)輸入的信號(hào)事件，處理事故；并由顯示屏顯示輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)和單片機(jī)處理的結(jié)果。軟件實(shí)現(xiàn)流程如。

　　2.測(cè)試結(jié)果與分析2.1測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)如表1.（下轉(zhuǎn)第24頁(yè)）22丨電子制作2016年11月23）中的值與計(jì)數(shù)寄存器中的值相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的引腳PWMx（x=1，2，3，4）上的電平就會(huì)產(chǎn)生跳變，從而產(chǎn)生*些列等*的方波信號(hào)。為保證時(shí)區(qū)時(shí)間，輸出的PWM波形占空比zui大不超過(guò)40%o. pwmi信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)dc/dc型調(diào)節(jié)器，使輸出電壓基本穩(wěn)定在12V，PWM2和PWM3信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)推挽式變換器開(kāi)關(guān)管；輸出電壓采樣信號(hào)與給定的直流電壓信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整PWM2和PWM3的占空比，使輸出電壓穩(wěn)定于25V；輸出電流采樣數(shù)據(jù)用來(lái)判別是否發(fā)生過(guò)流故障，溫度采樣數(shù)據(jù)用來(lái)判別是否發(fā)生過(guò)熱故障，直流電壓采樣信號(hào)用來(lái)判別是否有過(guò)壓和欠壓故障；根據(jù)采樣信號(hào)實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)。

　　2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)波形根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定穩(wěn)壓電源的主要參數(shù)如下：太陽(yáng)能電池板輸入直流電壓12V~35V，變壓器效率95./.，變壓器磁芯選用EB5X27X10，變壓器初級(jí)線圈12匝，初次級(jí)繞組匝比0.4：1，變換器工作頻率28kHz，驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比25/~45%，輸出濾波電感0.25mH，濾波電容為300mF，輸出電壓直流25V，zui大輸出電流5A.當(dāng)電源由空載變換到滿載時(shí)，電壓的變換*有0.14V，而輸出紋波電壓的峰峰值z(mì)ui*有0.94mV.同時(shí)當(dāng)負(fù)載由1A突變?yōu)?A時(shí)，用示波器讀出的輸出電壓穩(wěn)定時(shí)間*有0.2s.電源在空載和滿載時(shí)，輸出電壓都能穩(wěn)定在25V，開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比也小于45%，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

　　針對(duì)某型電臺(tái)供電要求采用TMS320LF2407A*速數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了25V/5A太陽(yáng)能穩(wěn)壓電源。實(shí)際應(yīng)用表明該電源具有穩(wěn)壓*度*、穩(wěn)態(tài)性能好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、可靠性*等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，該電源對(duì)利用太陽(yáng)能發(fā)電的同類(lèi)產(chǎn)品也具有很好的價(jià)值。