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称重传感器的原理及应用 来源：赛斯维传感器网 发表于 2010-9-7 称重传感器的原理及应用随着技术的进步,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。1高速定量分装系统 本系统由微机控制称重传感器的称重和比较，并输出控制信号，执行定值称量，控制外部给料系统的运转，实行自动称量和快速分装的任务。 系统采用MCS-51单片机和V/F电压频率变换器等电子器件，其硬件电路框图如图1所示，用8031作为中央处理器，BCD拔码盘作为定值设定输入器，物料装在料斗里，其重量使传感器弹性体发生变形，输出与重量成正比的电信号，传感器输出信号经放大器放大后，输入V/F转换器进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入8031微处理器中，其数字量由微机进行处理。微机一方面把物重的瞬时数字量送入显示电路，显示出瞬时物重，另一方面则进行称重比较，开启和关闭加料口、放料于箱中等一系列的称重定值控制。 图1 原理框图在整个定值分装控制系统中，称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件，选用GYL-3应变式称重测力传感器。四片电阻应变片构成全桥桥路，在所加桥压U不变的情况下，传感器输出信号与作用在传感器上的重力和供桥桥压成正比，而且，供桥桥压U的变化直接影响电子称的测量精度，所以要求桥压很稳定。毫伏级的传感器输出经放大后，变成了0-10V的电压信号输出，送入V/F变换器进行A/D转换，其输出端输出的频率信号加到单片机8031定时器1的计数、输入端T1上。在微机内部由定时器0作计数定时，定时器0的定时时间由要求的A/D转换分辩率设定。定时器1的计数值反映了测量电压大小即物料的重量。在显示的同时，计算机还根据设定值与测量值进行定值判断。测量值与给定值进行比较，取差值提供PID运算，当重量不足，则继续送料和显示测量值。一旦重量相等或大于给定值，控制接口输出控制信号，控制外部给料设备停止送料，显示测量终值，然后发出回答令，表示该袋装料结束，可进行下袋的装料称重。图2 自动称重和装料装置图2所示为自动称重和装料装置。每个装料的箱子或袋子沿传送带运动，直到装有料的电子称下面，传送带停止运动，电磁线圈2通电，电子称料斗翻转，使料全部倒入箱子或袋子中，当料倒完，传送带马达再次通电，将装满料的箱子或袋子移出，并保护传送带继续运行，直到下一次空袋或空箱切断光电传感器的光源，与此同时，电子称料箱复位，电磁线圈1通电，漏斗给电子秤自动加料，重量由微机控制，当电子秤中的料与给定值相等时，电磁线圈1断电，弹簧力使漏斗门关上。装料系统开始下一个装料的循环。当漏斗中的料和传送带上的箱子足够多时，这个过程可以持续不断地进行下去。必要时，*作人员可以随时停止传送带，通过拔码盘输入不同的给定值，然后再启动，即可改变箱或袋中的重量。本系统选用不同的传感器，改变称重范围，则可以用到水泥、食糖、面粉加工等行业的自动包装中。2传感器在商用电子秤中的应用 目前，商用电子计价秤的使用非常普及，逐渐会取代传统的杆称和机械案秤。电子计价秤在秤台结构上有一个显著的特点：一个相当大的秤台，只在中间装置一个专门设计的传感器来承担物料的全部重 图3 计价秤内部结构示意图量，如图3所示。常用的电子计价秤传感器的结构如图4所示，其中图4（a）为双连椭圆孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部上平面的两个螺孔紧固；图4（b）为梅花型四连孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部侧面的三个螺孔坚固，中间支杆上粘贴补偿用的应变片。这两种形式的传感器，在计价秤中用得最多。图4（c）为三梁式弯曲弹性体，采样弯曲应力，对重量反应敏感，宜用来制作小称量计价秤。图4（d）为三梁式剪切弹性体，采样中间敏感梁的剪切应力，宜用来制作几百公斤称量范围计价秤。图4 计价秤用弹性体结构用这些复梁型高精度传感器来支承一个大的称重平台，被称重物又可能放置在任何称台的任意位置上，必然会产生四角示值误差，对图4（a），（b）两种结构形式的传感器，可通过锉磨的形式进行角差修正。对图4(c)，(d)，它有上下两根局部削弱的柔性辅助梁，使传感器对侧向力、横向力和扭转力矩具有很强的抵抗能力，可以通过锉磨辅助梁的柔性部位来调整传感器的灵敏系数和四角误差。图5为一种商用电子计价秤的电路框图。传感器采用的是图4（b）所示的梅花型四连孔结构，该秤具有置零、自动清除单价、零位自动跟踪、自动去皮、次数累计和金额累计、打印输出等功能，7段绿色荧光数码管显示，使用十分方便。图5 电子计价秤的电路框图图6是采用CHBL3型号S型双连孔弹性体称重传感器制作的便携式家用电子手提秤的原理图，由称重传感器、放大电路、A/D转换和液晶显示四部分组成。图中，E为9V的叠层电池，R1-R4是称重传感器的4个电阻应变片，R5、R6与W1组成零点调整电路。当载荷为零时，调节RW1使液晶显示屏显示为零。A1，A2为双运放集成电路LM358中的两个单元电路，组成了一个对称的同相放大器，A/D转换器采用ICL7106双积分型A/D转换器，液晶显示采用3 1/2液晶显示片。该电子秤精度高，简单实用，携带方便。称重传感器是一种高精度的传感器，必须按规定的规格使用。若不按规定的规格使用，不仅不能发挥称重的作用，而且容易损坏，尤其是绝对不准超过负荷安全值使用。图6 手提秤的电路框图对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。在露天下使用传感器，还应考虑阳光直射产生的温度影响和风压的影响。以上资料为国内目前称重传感器的基本情况。而目前较为先进的称重传感器（高频响，高精度，高量程）其工作原理及电气则有很大不同，比如，应用在水下的称重传感器就有天壤之别。电阻应变式力传感器制作的数显电子秤2006-12-05 02:25:32 未知 未知 该文介绍的数显电子秤具有准确度高，易于制作，成本低廉，体积小巧，实用等特点。其分辨力为1克，在2千克的量程范围内经仔细调校，测量精度可05RD+-l字。 （一）工作原理数显电子秤电路原理如图所示，其主要部分为电阻应变式传感器R1及IC2、IC3组成的测量放大电路，和IC1及外围元件组成的数显面板表。传感器R1采用E350ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350O。测量电路将R1产生的电阻应变量转换成电压信号输出。IC3将经转换后的弱电压信号进行放大，作为AD转换器的模拟电压输入。IC4提供l22V基准电压，它同时经R5、R6及RP2分压后作为A/D转换器的参考电压。3-1/2位A/D，转换器ICL7126的参考电压输人正端，由RP2中间触头引入，负端则由RP3的中间触头引入。两端参考电压可对传感器非线性误差进行适量补偿。 （二）元件选择 lIC1选用ICL7126集成块；IC2、IC3选用高精度低温标精密运放OP-07;IC4选用LM38512V集成块。 2传感器RI选用E350ZAA箔式电阻应变片，其常态阻值为350O，。 3各电阻元件宜选用精密金属膜电阻。 4RPI选用精密多圈电位器，RP2、RP3经调试后可分别用精密金属膜电阻代替。 5电容中C1选用云母电容或瓷介电容。 （三）制作与调试 该数显电子秤外形可参考图中形式。其中形变钢件可用普通钢锯条制作，其方法是：首先将锯齿打磨平整，再将锯条加热至微红，趁热加工成“U”形，并在对应位置钻孔，以便以后安装。然后再将其加热至呈橙红色（得七八百摄氏度）， 迅速放人冷水中淬火，以提高硬度和强度，最后进行表面处理工艺。秤钩可用强力胶粘接于钢件底部。应变片则用专用应变胶粘剂粘接于钢件变形最大的部位（内侧正中）。 这时其受力变化与阻值变化刚好相反。拎环应用活动链条与秤体连接，以便使用时秤体能自由下垂，同时拎环还应与秤钩在同一垂线上。 在调试过程中，应准备1千克及2千克标准砝码各一，其过程如下： 1首先在秤体自然下垂已无负载时调整RP1，使显示器准确显示零。 2再调整RP2，使秤体承担满量程重量（本电路选满量程为2千克）时显示满量程值。 3然后在秤钩下悬挂1千克的标准砝码，观察显示器是否显示1.000，如有偏差，可调整RP3值，使之准确显示1000。 4重新进行2、3步骤，使之均满足要求为止。 5最后准确测量RP2、RP3电阻值，并用固定精密电阻予以代替。 RP1可引出表外调整。测量前先调整RP1，使显示器回零。利用内置PGA的24位-型ADCAD7191实现精密电子秤设计作者：佚名 文章来源：Internet 点击数： 更新时间：2010-3-16 10:32:03 优化目标: 高精度 应用: 工业与仪器仪表, 仪器仪表电路功能与优势 本电路为采用AD7191构建的电子秤系统。AD7191是一款引脚可编程、低噪声、低漂移24位-转换器，内置PGA，采用内部时钟。该器件将大多数系统构建模块置于芯片内，因此能够简化电子秤设计。它具有四种输出数据速率和四种增益设置，可利用专用引脚进行选择，这有助于简化与ADC的接口。图1. 采用AD7191的电子秤系统（原理示意图，未显示所有连接）电路描述 AD7191提供一种集成式电子秤解决方案，可以直接与称重传感器接口。只需在模拟输入端用一些滤波器，在基准电压引脚上配置一些电容等外部元件，便可满足电磁屏蔽(EMC)要求。来自称重传感器的低电平信号由AD7191的内置PGA放大。该PGA经过编程，以128的增益工作。AD7191的转换结果送至微控制器，将数字信息转换为重量并显示在LCD上。图2所示为实际的测试设置。为实现最佳系统性能，该测试设置使用一个6线式称重传感器。除激励、接地和2个输出连接外，6线式称重传感器还有2个检测引脚。这些检测引脚分别与惠斯登电桥的高端和低端相连，因此可以精确测量电桥上产生的电压。此外，AD7191具有差分模拟输入，接受差分基准电压。称重传感器差分SENSE线路与AD7191基准电压输入端相连，可构成一个比率式配置，不受电源激励电压的低频变化影响。如果采用4线式称重传感器，则不存在检测引脚，ADC基准电压引脚将与激励电压和地相连。这种配置中，由于存在线路电阻，激励电压与SENSE+之间将有压降，因此系统不是完全比率式。另外，低端上也会有线路电阻引起的压降。图2. 采用AD7191的电子秤系统 AD7191具有单独的模拟电源和数字电源。模拟部分必须采用5 V电源供电。数字电源独立于模拟电源，可以为2.7 V至5.25 V范围内的任意电压。微控制器采用3.3 V电源。因此，DVDD也采用3.3 V电源供电。这样就无需外部电平转换，从而可以简化ADC与微控制器之间的接口。有多种方法可以为该电子秤系统供电，例如：利用主电源或利用电池（如图1所示）供电。一个5 V低噪声稳压器用来确保AD7191和称重传感器获得低噪声电源。低噪声稳压器ADP3303 (5 V)用来产生5 V电源。虚线框内显示的滤波器网络用来确保系统获得低噪声AVDD。此外，按照ADP3303 (5 V)数据手册的建议，在稳压器输出端配有降噪电容。为优化电磁屏蔽性能，稳压器输出先经过滤波，然后再给AD7191和称重传感器供电。3.3 V数字电源可利用ADP3303 (3.3 V)稳压器产生。由于电源或接地层上的任何噪声都会给系统带来噪声，导致电路性能降低，因此必须用低噪声稳压器产生供给AD7191和称重传感器的全部电源。如果使用灵敏度为2 mV/V的2 kg称重传感器，则激励电压为5 V时，来自称重传感器的满量程信号为10 mV。称重传感器具有相关失调电压或TARE。此TARE的幅度最高可达称重传感器满量程输出信号的50 %。称重传感器还有最高可达满量程20%的增益误差。一些客户利用DAC来消除或抵消TARE。如果AD7191采用5 V基准电压，则增益设置为128时，其模拟输入范围等于40 mV。相对于称重传感器的满量程信号(10 mV)而言，AD7191的模拟输入范围较宽，这有利于确保称重传感器的失调电压和增益误差不会使ADC前端过载。当输出数据速率为10 Hz时，AD7191的均方根噪声为15 nV。无噪声采样数等于在实际操作中，称重传感器本身会引入一定的噪声。AD7191的漂移也会导致称重传感器发生一定的时间和温度漂移。为确定完整系统的精度，可以将该电子秤通过USB连接器与PC相连，然后利用LabView软件评估电子秤系统的性能。图3显示将1 kg重物置于称重传感器上，并收集500次转换结果所测得的输出性能。软件计算的系统噪声为17 nV（均方根值）和98 nV（峰峰值），相当于102,000无噪声采样数或16.6位无噪声码分辨率。图3. 500次采样所测得的输出码，体现出噪声的影响 图4显示重量方面的性能。相对于500个码，输出的峰峰值变化量为0.02克。因此，该电子秤系统的精度达到0.02克。图4. 500次采样所测得的输出（单位为克），体现出噪声的影响 上图所示为连接称重传感器之后，从AD7191回读得到的实际转换结果。在实际操作中，电子秤系统会采用数字后置滤波器。在后置滤波器中另外执行均值计算会进一步提高无噪声采样数，但数据速率会降低。常见变化注意：本文的所有噪声规格均相对于PGA增益为128而言。AD7191是一款引脚可编程ADC，适用于高端电子秤。其它合适的ADC有 AD7190 和 AD7192。当输出数据速率设置为4.7 Hz时，AD7190的均方根噪声为8.5 nV。它也具有较宽的输出数据速率范围。它的工作速率最高可达4.8 kHz，同时仍能保持良好的性能。AD7192与AD7190引脚兼容，但前者的均方根噪声略高。当输出数据速率为4.7 Hz时，AD7192的均方根噪声为11 nV。AD7799适用于中端电子秤。当输出数据速率为4.17 Hz时，其均方根噪声为27 nV。AD7798、AD7781 和AD7780均适用于低端电子秤。AD7798与AD7799的功能组合相同。在4.17 Hz时，其均方根噪声为40 nV。AD7780和AD7781均有一路差分模拟输入，并且引脚可编程，输出数据速率可以为10 Hz和17.6 Hz，增益可设置为1或128。当输出数据速率为10 Hz时，均方根噪声为44 nV。与其它高精度电路一样，必须采用适当的布局、接地和去耦技术。欲了解更多信息，请参考教程MT-031“实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的谜团”，以及教程MT-101“去耦技术”。电子秤原理2007-04-02 15:51:06|分类： 网络摘录 |标签：网络摘录 |字号大中小订阅 一、名词解释利用作用于物体上的重力来测量该物体质量(重量)的计量仪器，装有电子装置的秤为电子秤。二、工作原理秤重物品经由装在机构上的重量传感器，将重力转换为电压或电流的模拟讯号，经放大及滤波处理后由A/D处理器转换为数字讯号，数字讯号由中央处理器(CPU)运算处理，而周边所须要的功能及各种接口电路也和CPU连接应用，最后由显示屏幕以数字方式显示。电子秤原理图：三、主要组成组件1.重量传感器2.放大器电路3.滤波器电路4.模拟数字转换器5.中央处理器6.电源供应电路7.按键8.外壳9.机构10.秤盘衡器可以分为机械式和电子式电子秤的分类(衡器可以分为机械式和电子式)1工作原理：电子式的工作原理以电子元件（称重传感器，AD转换电路，单片机电路，显示电路，键盘电路，通讯接口电路，稳压电源电路等电路组成。2使用功能：电子衡器采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的快速、准确、连续、自动称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。3健康秤是衡器使用功能中的一个分类（分为机械式和电子式），物美价廉，它可以帮助人们有效的监视自己的体重变化，新产品还可以检测自己的脂肪含量，而且还有一些人性化的附属功能。可能不属于计量器具。4电子衡器是国家强制检定的计量器具，他的合格产品是有检定分度值e和细分值D的标准，是受国家计量法保护的产品。在电子衡器分类中有一种叫“人体秤”的产品，它可以在计量部门进行检定，称重很精确。电子秤的原理方框图解读第一部分电子秤的原理方框图:程式K/B(按键)Fx传感器OP放大A/D转换CPU显示驱动显示屏记忆体工作流程说明：当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器。转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。CPU根据键盘命令以及程序将这种结果输出到显示器。直至显示这种结果。第二部分秤的分类：1.按原理分：电子秤机械秤机电结合秤2.按功能分：计数秤计价秤计重秤3.按用途分：工业秤商业秤特种秤第三部分秤的种类：1.桌面秤指全称量在30Kg以下的电子秤2.台秤指全称量在30-300Kg以内的电子秤3.地磅指全称量在300Kg以上的电子秤4.精密天平第四部分按精确度分类：I级：特种天平精密度1/10万II级：高精度天平1/1万精密度1/10万III级：中精度天平1/1000精密度1/1万IV级：普通秤1/100精密度1/1000第五部分专业术语：1.最大称量：一台电子秤不计皮重，所能称量的最大的载荷;2.最小称量：一台电子秤在低于该值时会出现的一个相对误差;3.安全载荷：120%正常称量范围;4.额定载荷：正常称量范围;5.允许误差：等级检定时允许的最大偏差;6.感量：一台电子秤所能显示的最小刻度;通常用“d”来表示;7.解析量：一台具有计数功能的电子秤，所能分辩的最小刻度;8.解析度：一台具有计数功能的电子秤，内部具有分辩能力的一个参数;9.预热时间：一台秤达到各项指标所用的时间;10.精度：感量与全称量的比值;11.电子秤使用环境温度为：-10摄氏度到40摄氏度12.台秤的台面规格：25cmX30cm30cmX40cm40cmX50cm42cmX52cm45cmX60cm第六部分电子秤的特点：1.实现远距离操作;2.实现自动化控制;3.数字显示直观、减小人为误差;4.准确度高、分辩率强;5.称量范围广;6.特有功能：扣重、预扣重、归零、累计、警示等;7.维护简单;8.体积小;9.安装、校正简单;10.特种行业，可接打印机或电脑驱动;11.智能化电子秤，反应快，效率高;第七部分电子秤检查过程：1.首先整体检查：有无磨损和损坏;2.能否开机：开机后是否从0到9依次显示、数字是否模糊、能否归零;3.有无背光;4.用砝码测试能否称重;5.充电器是否完好，能否使用;6.配件是否齐全;第八部分传感器类型：1.电阻式：价格适中、精度高、使用广泛;2.电容式：体积小、精度低;3.磁浮式：特高精度、造价高;4.油压式：现市场上已淘汰;显示器种类：1.LCD（液晶显示）：免插电、省电、附带背光;2.LED：免插电、耗电、很亮;3.灯管：插电、耗电、很高;K/B（按键）类型：1.薄膜按键：触点式;2.机械按键：由许多单独按键组合在一起;传感器的特性：1.额定载荷;2.输出灵敏度;3.非线性;4.滞后;5.重复性;6.蠕变;7.零点输出影响;8.额定输出温度影响;9.零点输入;10.输入阻抗;11.输出阻抗;12.绝缘阻抗;13.容许激励电压;(5-18V)第九部分传感器损坏后现象：1.称量不准;2.显示不归零;3.显示的数字乱跳判断传感器的+E、-E、+S、-S1.先用电阻档测4条线两两这间的电阻值，共有6组。如为400-450欧则为+E、-E;如果为350欧，则为+S、-S;为290欧，则为R桥臂;2.在+E、-E端接上+_5V电压，传感器正确施加一个压力，如输出+_S增大，则红表笔为+S，反之-S;第十部分高精度计数秤特点：1.Kg/Ib单位转换功能;2.零点显示范围、调整功能(GLH系列没有)3.取样速度调节功能;4.有10组单重记忆功能;5.可同时进行重量、数量、累计功能(GLH只有数量累计)6.可设定重量、数量上限警示功能;7.自动零点追踪、温度线性校正;8.扣重及预扣重功能;9.待机功能;10.有零点显示范围和零点跟踪范围;11.有电池电压基于中颖SH79F085单片机的电子秤设计方案发布时间：2010-9-28 发布人：21世纪电子网 目前，市场上的电子秤系统主要采用两种方案实现对传感器模拟信号采样：双积分电路和高精度模数转换器(ADC)。双积分电路是采用一种间接式的A/D转换器，它的基本原理是把待转换的模拟电压变换为与之成比例的时间间隔t，并在t时间内，用恒定频率的脉冲去计数，这就把时间t转换成了数字信号量。双积分电路由于电路复杂，转换时需要软件干预，以及精度较低(一般小于12位)不能满足高端电子秤应用，因此逐渐被市场淘汰。高精度ADC一般采用-型转换器，通常分辨率在16位以上。-转换器又称为过采样转换器，这种转换器由-调制器及连接其后的数字滤波器构成，调制器的结构包括1个积分器和1个比较器，以及含有1个1位数模转换器的反馈环。-调制器以极高的抽样频率对模拟信号进行抽样，并对两个抽样之间的差值进行低位量化，从而得到用低位数码表示的数字信号即-码，然后将-码送给第二部分的数字抽取滤波器进行抽取滤波，从而得到高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。因此抽取滤波器实际上相当于一个码型变换器，由于-调制器具有极高的抽取速率，通常比奈奎斯特抽样频率高出许多倍，因此-型A/D转换器又称为过抽样A/D转换器。-模数转换器具有抗干扰能力强、量化噪声小、分辨率高和线性度好等优点。常应用于高性能商业衡器、精密衡器、智能工业仪表、医疗电子等领域。国际法制计量组织(OIML)把电子秤按不同的分度数分成I、II、III、IV四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的范围(见表1)。应用最为广泛的商业衡器对应的衡器等级为III级，II级以上属于精密衡器和基准衡器。 硬件设计在硬件电路设计方面，中颖电子开发的SH79F085内置20位-模数转换器(ADC)和1200倍的可编程增益放大器(PGA)，非常适合电子秤应用。由于SH79F085内置资源丰富，既能节省外围电路，又方便系统调试，而且还能有效提高系统的EMI性能。硬件电路主要包括：SH79F085单片机、电源电路、压力传感器、显示电路、键盘电路。图2为电子秤硬件电路结构。 芯片介绍SH79F085是上海中颖电子自主研发的集成20位- ADC的CMOS单芯片MCU，是一款专业应用于商用电子秤的SoC芯片。根据厂家规格资料显示，集成的ADC具有20位分辨率，16位以上的有效精度。一般而言，商业衡器的分辨率在1/3000，最高达1/10000。为确保称重时的稳定性与精准度，电子秤内部的分辨率必须高于外部分辨率一个数量级，通常是5倍以上，也就是内码是外码的5倍以上。而SH79F085内置ADC的可用有效输出码达26万以上，因此，ADC精度性能完全能满足中准确度商业衡器应用，如果在用户端软件加以滤波处理，也能满足高准确度精密衡器应用。SH79F085是一种高速高效率8051兼容单片机。在同样振荡频率下，与传统的8051芯片相比它具有运行更快速、性能更优越的特性。SH79F085保留了标准8051芯片的大部分特性。内部资源包括适合于程序和数据的8K字节Flash，512字节RAM和4个16位定时器/计数器，1个UART和外置中断INT0、INT1、INT2。SH79F085不仅包含EUART标准通讯模块，而且还集成了20位-模数转换器模块(ADC)和可编程增益放大器(PGA)。为达到高可靠性和低功耗，SH79F085集成了看门狗定时器，具有低电压复位功能，并提供2种低功耗省电模式。SH79F085内置128KHz RC振荡器和16.6MHz RC振荡器，系统时钟选择128KHz RC振荡器时，系统功耗约30uA;当系统进入掉电模式时，最低系统功耗仅3uA。在掉电模式下，可通过设定定时器3(timer3)来进行时钟唤醒，以固定的间隔频率开启传感器供电电源VDDR，采样传感器称重状态，如果检测到有重量变化，系统进入正常称重计量模式;否则关闭VDDR，系统返回到掉电待机模式，这样能有效节省系统功耗。因此，SH79F085单片机十分适合低功耗系统应用，特别是蓄电池和干电池产品应用。电路原理图3为本文方案的电路原理图，可以看到选用该方案电路结构精简，用到的外围器件很少。SH79F085单片机工作电压为3.0V5.5V，内置LDO稳压源输出2.7V电压(VDDR)给传感器供电。AIN2差分端口为称重传感器信号输入，AIN0差分端口为电池电压检测输入。此外，SH79F085内置VREF基准电源，可编程输出范围为：0.1V0.8V，根据实际需求可通过寄存器来调节输出范围。 在PCB布局时，最重要的是模拟部分和数字部分分开，以避免数字电路的高频噪声对模拟电路的干扰，在本文设计中，数字地与模拟地之间采用单点接地方法。另外，称重传感器输出走线应尽量短，且走线对称，以提高系统抗干扰性能和稳定性。本文小结本文描述了基于中颖SH79F085单片机的电子秤设计方案，充分利用了该芯片内置的高精度-AD转换器，整体方案具备电路简单、低功耗、高精度分辨率以及实用性强等特点，具有较高的设计参考价值，适合商业衡器和精准衡器方案推广使用。由于SH79F085内置高精度ADC和PGA，同样也适合工业温控仪表等小信号利用内置PGA的24位-型ADC AD7780实现电子秤设计发布者：1770309616 发布时间：2011-3-20 21:42 分享到： QQ空间 新浪微博 人人网 百度搜藏 更多 关键词：PGA, 24位-型ADC, AD7780, 电子秤电路功能与优势本电路为采用 AD7780构建的电子秤系统。AD7780是一款引脚可编程、低功耗、低漂移24位-型ADC，内置PGA，采用内部时钟。该器件将大多数系统构建模块置于芯片内，因此能够简化电子秤设计。该器件的典型功耗仅为330 A，适合所有低功耗或电池供电应用。AD7780还提供省电模式，不执行转换时，用户可以切断对桥式传感器的供电，并使该器件进入省电模式，从而延长电池使用时间。 利用内置PGA的24位-型ADC AD7780实现电子秤设计 下载 (16.12 KB)2011-3-20 22:04图1. 采用AD7780的电子秤系统（原理示意图：未显示所有连接） 放大 电路描述AD7780提供一种集成式电子秤解决方案，可以直接与称重传感器接口。只需在模拟输入端用一些滤波器，在基准电压引脚上配置一些电容等外部元件，便可满足电磁屏蔽(EMC)要求。来自称重传感器的低电平信号由AD7780的内置PGA放大。该PGA经过编程，以128的增益工作。AD7780的转换结果通过USB接口送至PC，由PC将数字信息转换为重量。 利用内置PGA的24位-型ADC AD7780实现电子秤设计 下载 (106.34 KB)2011-3-20 22:04图2. 采用AD7780的电子秤系统设置 放大 图2所示为实际的测试设置。为实现最佳系统性能，该测试设置使用一个6线式称重传感器。除激励、接地和2个输出连接外，6线式称重传感器还有2个检测引脚。这些检测引脚分别与惠斯登电桥的高端和低端相连。因此，尽管线路电阻会引起压降，但仍能精确测量该电桥上产生的电压。此外，AD7780具有一路差分模拟输入，接受差分基准电压。称重传感器差分SENSE线路与AD7780基准电压输入端相连，可构成一个比率式配置，不受电源激励电压的低频变化影响，如果采用4线式称重传感器，则不存在检测引脚，ADC基准电压引脚将与激励电压和地相连。这种配置中，由于存在线路电阻，激励电压与SENSE+之间将有压降，因此系统不是完全比率式。另外，低端上也会有线路电阻引起的压降。 AD7780具有单独的模拟电源引脚和数字电源引脚。模拟电源和数字电源彼此独立，因此AVDD和DVDD可以处于不同的电位。微控制器采用3.3 V电源。因此，DVDD也采用3.3 V电源供电。这样就无需外部电平转换，从而可以简化ADC与微控制器之间的接口。3.3 V数字电源可利用ADP3303 稳压器产生。 有多种方法可以为该电子秤系统供电，例如：利用主电源总线，或者利用ADP3303 (3.3 V)。用5 V电压激励电子秤时，必须使用主电源总线。用3.3 V电压激励称重传感器时，可以使用主电源总线或ADP3303 (3.3 V)。ADP3303 (3.3 V)是一款低噪声稳压器。此外，按照ADP3303 (3.3 V)数据手册的建议，在稳压器输出端配有降噪电容。为优化电磁屏蔽，稳压器输出先经过滤波，然后再给AD7780和称重传感器供电。由于电源或接地层上的任何噪声都会给系统带来噪声，导致电路性能降低，因此必须用低噪声稳压器产生供给AD7780和称重传感器的电源。 如果使用灵敏度为2 mV/V的2 kg称重传感器，则激励电压为5 V时，来自称重传感器的满量程信号为10 mV。称重传感器具有相关失调电压或TARE。此TARE的幅度最高可达称重传感器满量程输出信号的50%。称重传感器还有最高可达满量程20%的增益误差。一些客户利用DAC来消除或抵消TARE。如果AD7780采用5 V基准电压，则增益设置为128时，其模拟输入范围等于40 mV。相对于称重传感器的满量程信号(10 mV)而言，AD7780的模拟输入范围较宽，这有利于确保称重传感器的失调电压和增益误差不会使ADC前端过载。 当输出数据速率为10 Hz时，AD7780的均方根噪声为49 nV。无噪声采样数等于下载 (2.58 KB)2011-3-20 22:04其中系数6.6用来将均方根电压转换为峰峰值电压。 因此，以克(g)为单位表示的分辨率等于下载 (2.48 KB)2011-3-20 22:04无噪声分辨率等于下载 (3.47 KB)2011-3-20 22:04在实际操作中，称重传感器本身会引入一定的噪声。AD7780的漂移也会导致称重传感器发生一定的时间和温度漂移。为确定完整系统的精度，可以将该电子秤通过USB连接器与PC相连，然后利用LabView软件评估电子秤系统的性能。图3显示将1 kg重物置于称重传感器上，并收集500次转换结果所测得的输出性能（使用5 V激励电压）。软件计算的系统噪声为50 nV（均方根值），相当于30,300无噪声采样数或14.9位无噪声码分辨率。 利用内置PGA的24位-型ADC AD7780实现电子秤设计 下载 (30.14 KB)2011-3-20 22:04图3. 500次采样所测得的输出码，体现出噪声的影响 放大 利用内置PGA的24位-型ADC AD7780实现电子秤设计 下载 (26.02 KB)2011-3-20 22:04图4. 500次采样所测得的输出（单位为千克），体现出噪声的影响 放大 图4显示重量方面的性能。相对于500个码，输出的峰峰值变化量为0.075克。因此，该电子秤系统的精度达到0.075克。上图所示为连接称重传感器之后，从AD7780回读得到的实际（原始）转换结果。在实际操作中，电子秤系统会采用数字后置滤波器。在后置滤波器中另外执行均值计算会进一步提高采样数，但数据速率会降低。 常见变化注意：本文的噪声规格相对于PGA增益为128而言。AD7780是一款低噪声、低功耗ADC，适合电子秤设计。其它合适的ADC有AD7798和AD7781。AD7781与AD7780的功能组合相同，但前者为20位ADC。AD7798的输出数据速率选择范围更宽。在4.17 Hz时，其均方根噪声为40 nV。AD7799适用于中端电子秤。当输出数据速率为4.17 Hz时，其均方根噪声为27 nV。 AD7190、AD7192和AD7191适用于精密电子秤设计。当输出数据速率设置为4.7 Hz时，AD7190的均方根噪声为8.5 nV。它也具有较宽的输出数据速率范围。它的工作速率最高可达4.8 kHz，同时仍能保持良好的性能。AD7192与AD7190引脚兼容，但前者的均方根噪声略高。当输出数据速率为4.7 Hz时，AD7192的均方根噪声为11 nV。AD7191是一款引脚可编程器件，具有四种输出数据速率和四种增益设置。由于它具有引脚可编程能力，并且功能较少，因此易于使用。AD7191的均方根噪声与AD7192相同。 与其它高精度电路一样，必须采用适当的布局、接地和去耦技术。欲了解更多信息，请参考教程MT-031“实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的谜团”，以及 教程MT-101“去耦技术”。 设计和集成文件设计与集成文件由我们的工程师编写，可用于设计该电路。 CN0107 Design & Integration Files Schematic Bill of Materials Gerber Files PAD Files Assembly Drawing此电路中所用产品: 产品 描述可提供样片的产品型号AD778024位、引脚可编程的低功耗模数转换器 AD7780BRZAD7780BRUZADP3303高精度anyCAP®、200 mA低压差线性稳压器 ADP3303ARZ-3ADP3303ARZ-3.3ADP3303ARZ-5单芯片方案电子秤系统设计2011-01-21 11:08:53|分类： 传感技术 |标签：电子秤 |字号大中小订阅 电子秤中模数转换电路现在主要有两种实现电路：由分立元件组成的积分电路和单个模数转换（ADC）芯片。积分电路构成的系统外围电路复杂，对个别元器件要求高，存在功耗大、可靠性不高、温度性能差的缺点;而单个ADC芯片构成的系统具有高精度、低功耗、高稳定性的特点，且外围电路简单有利于生产及维护。因此，现在大部分电子秤厂家偏向于使用单个ADC的方案称重传感器。随着技术的发展，生产和应用要求更加简单、精度更高、成本更低、功耗更低的解决方案，电子秤电路不断向着更高集成化的方向发展。CSU1221是芯海科技公司自主研发的集成高精度ADC的CMOS单芯片MCU，是国内首创的一款应用于商用电子秤的SoC芯片。CSU1221 芯片技术特性CSU1221是一个8位CMOS单芯片MCU，内置4K16位一次性可编程 （OTP）ROM，256B数据存储器（RAM），有17个双向I/O口，带有2通道24位全差分输入或4通道24位单端输入的-ADC，工作电压为 2.4V3.6V，工作电流小于3mA。如图1所示，CSU1221内部集成稳压源，可配置输出四种不同电压值，为传感器供电，通过对内部寄存器的操作来打开或关闭稳压源的输出，此电压同时作为CSU1221内部ADC的参考电压。CSU1221内置1MHz时钟振荡器，内置一个8位定时器，CPU周期最快可达到500KHz，同时内置蜂鸣器驱动。CSU1221有四个中断源：1个ADC中断、2个外部中断、1个定时中断位移传感器。图1：CSU1221芯片功能结构图。CSU1221 内置ADC的输出速率可以配置为3.8488Hz，ADC前端的低噪声可编程增益放大器（PGA）可以配置为1、64、128、256等四种不同倍率的增益，以满足各种信号量场合。在PGA为128时，ADC的有效精度达到17.5位。使用CSU1221内置ADC与 MCU，因此MCU与ADC之间的通讯都在芯片内部完成，避免外界环境对ADC的影响，可靠性比基于单个ADC芯片的应用系统更高，且高集成度带来明显的高性价比优势;CSU1221内部集成稳压电源，方便于传感器供电。使用CSU1221设计电子计价秤的功耗比当前主流的单个ADC方案更低，提高电池的续航能力角度传感器。电子秤系统设计图2是基于CSU1221的电子计价秤原理框图。从图中可看出此系统主要包含电源电路、主控制芯片、模拟信号输入、存储电路、电压测量电路、按键扫描，下面将对这些电路的设计进行分析。图2：CSU1221应用于电子计价秤的原理框图。电源系统在CSU1221中，数字电路与模拟电路是分别供电的，为了简化电源电路，两路电源仍用一片稳压电路提供，两电源之间用滤波电感隔开，以减少数字电源中因数字电路产生的杂波干扰对模拟电路的影响。模拟信号输入传感器输出的模拟差分信号经过两个LC滤除器滤除输入模拟信号中的高频干扰信号之后，再分别输入到CSU1221的AIN0、AIN1引脚。传感器激励端的电压由CSU1221内部LDO输出提供，带负载能力可达到15mA，有四种输出电压可选择，可以通过控制CSU1221内部寄存器控制LDO开关及输出电压值（2.2V、2.5V、2.8V、3V），方便于传感器供电控制压力传感器。存储电路 由于CSU1221内部没有E