传感器在电子秤中的设计和应用

1、 传感器在电子秤中的设计和应用 摘要：在我们的生产生活中，电子秤的应用范围相当广泛。一个物体被称量，其重量通过压力传感器的转换和处理，变为电压信号。将这种微弱的电压信号利用信号放大电路放大，再由a/d转换器转换为相应的数字信号送入主控电路，最后呈现在显示屏上，显示被称量物体的重量。在电子秤的设计中，传感器起到了至关重要的作用。关键词：传感器；电子秤；设计；应用引言在我国各项经济获得平稳增长的今天，家庭和个人对各种便携式小型秤的需求越来越大。早期电子秤一般是通过模拟电路来实现的，随着电子技术的发展和数字芯片价格的逐渐降低，模拟控制已经慢慢被数字控制替代，而电子秤设计的模式也大多转变为以处理器为核

2、心的模式，其精度与可靠性也都有明显的提高。1传感器对电子秤的重要性电子秤系统分为五个部分，分别是测量、控制、键盘、数据显示和电路电源。测量部分就是利用压力传感器和放大电路进行数据采集。控制部分是利用单片机来进行数据处理。传感器在设计中的作用，就是将物体的重量转化为能被识别和传递的电信号。传感器对电子秤而言，就像是人类的感觉器官，感受其所承受的物体之重。2利用传感器测量并采集数据2.1电阻应变式传感器的测量电路应变片是用粘结剂粘贴到被测件上的，这就要求粘结剂形成的胶层必须准确迅速地将被测件的应变传递到敏感栅上。选择粘结剂时必须考虑应变片和被测件的材料性能，要求粘接力强，粘接后机械性能可靠，电绝缘

3、性良好等。常用的粘结剂类型有硝化纤维素型，氰基丙烯酸型，聚酯树脂型等。综合考虑经济性和目标的硬性要求，我们采用了聚酯树脂型。金属丝的原始长度l，半径r，受力f作用后长度为l+l，半径为r-r，根据金属丝的电阻计算公式：r=l/s，由r的全微分得到r的相对变化，表达式：式中：l/l为长度的相对变化，即应变；s/s是截面积的相对变化；/是电阻率的相对变化。对于金属丝的变形，有：式中：为泊松比，它反映了金属丝变形后长度的相对变化l/l和半径的相对变化r/r之间的比例关系。得：电阻的相对变化对应于应变的灵敏度系数定义为：所以金属丝的灵敏度系数为：由于受到敏感栅结构形状、成型工艺、粘接剂和基底性能的影响

4、，应变片的灵敏度系数通常小于相应敏感栅整长应变丝的灵敏度系数。其中最主要的影响因素是敏感栅的结构形状，尤其是栅端圆弧部分横向效应的影响，因此，在计算参数时需考虑在内。2.2称重传感器的数量和量程称重传感器数量的选择是根据称重系统的用途、承载体需要支撑的点数(支撑点数应根据承载体几何重心和实际重心重合的原则确定)而定。一般来说有几个支撑点就选用几只称重传感器。传感器的量程选择可依据称重的最大称量值、选用传感器的个数、秤体自重、可产生的最大偏载及动载因素综合评价来决定。一般来讲，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但是在实际的使用当中，由于加载在称重传感器上的载荷除被称

5、量物体外，还存在承载体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用称重传感器时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。2.3应变片的理论分析与计算电阻应变片传感器是将被测物体的重量变化转换成电阻值的变化，其电阻变化范围为0.00050.1欧姆。所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中最常用的是桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，电桥的一个对角线接入工作电压e，另一个对角线为输出电压u g，由公式6计算。其特点是，当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，否则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。 （6） （7）公式2是全桥

6、式电路的输出，也就是由压力转换而来的电信号,计算验证，全桥电路的灵敏度是单臂电桥的四倍。2.4 a/d转换器研究可知，a/d转换部分对系统整体设计的成功运作具有重要意义。hx711芯片即是一种专为高精度电子秤而设计发布的24位a/d转换器芯片，与同类型其它芯片相比，该芯片的选用不仅降低了电子秤的整体成本，更重要的则是提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端mcu芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号均由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器来拓展配置编程。输入选择开关可任意选取通道a或通道b，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道a的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为20mv

7、或40mv。通道b则为固定的32增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的a/d转换器提供电源，系统板上无需添加另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。考虑到本系统中对物体重量的测量和场合使用的精度要求，以及对转换速率也呈现出明确快捷要求。2.5称重传感器的准确度等级选择称重传感器的准确度等级技术指标中包括线性度、温漂、重复性、迟滞、灵敏度等。在选用的时候不应该盲目追求高等级的传感器，应该考虑电子衡的准确度等级和成本。一般情况下，选用传感器的总精度为线性度、重复性和迟滞三项指标的方和根，其值应略高于秤的精度。2.6键盘处理电路由于此电子秤需要设置单价(10个数字键)，还具有确认、删除、去皮、计价等功能，总共需设置17个键(包括一个复位键)。键盘的扩展方案采用了矩阵式键盘。矩阵式键盘的特点是把检测线分成2组，一组行线，一组列线，按键将部署在行线和列线的交叉点上。当键盘的数量大于8时，一般都采用矩阵式键盘。结合本设计的实际要求，16个按键使用44矩阵式键盘，另外一个复位键将使用独立式按键设计实现。结语在产品的设计和器件选用的过程中，要充分考虑各种因素可能造成的多方面影响。明确产