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1、2016年TI杯大学生电子设计竞赛G题：简易电子秤摘要根据本题目要求，自行设计应变片与铁质悬臂梁结构，使用仪表放大器电 路实现对应变片的电阻变化信号进行差分信号放大，本作品使用STM32单片机 作为中心控制单元，通过内部AD进行采集质量信息，配以3. 2寸触摸电阻屏控 制，以及WT588D作为扩展的语音播报，实现相关功能。本电子称不但计量准确、快速方便，除了实现自动称重、计价功能、精度 高外，还可实现去皮、自动计算，数字显示，语音播报，显示实时温度等。关键字： 电子秤；STM32；应变片；仪表放大器；电阻触摸屏；WT588DoG题：简易电子秤一、系统方案本系统主要由单片机控制模块、屏幕显示模块
2、、仪表放大模块、放大器模块、电源模块 组成，下面分别论证这几个模块的选择。1、控制器选用单片机比较方案一：采用51系列单片机传统的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存 储容量小，难以存储大体积的程序和实现快速精准的反应控制。并且受时钟限制，计时精度 不高，外围电路也增加了系统的不可靠性。方案二：采用STM32F103系列单片机STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。STM32集成外设有较为强大的功能，可扩展性强。通过比较，我们选择方案二，采用STM32F103系列单片机为主控处理器。2、显示方案选择
3、方案一：采用LCD 1602作为显示屏LCD 1602是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。是一种专门用来显示 字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。使用与学习方便，但是可扩展能力弱。方案二：采用3.2寸彩色电阻式触摸屏彩色显示，320*480分辨率，有较高的扩展性，可以用它实现键盘，显示等多种功能, 功能强大，可自制UI进行使用。综合以上两种方案，选择方案二，采用3.2寸彩色电阻式触摸屏作为显示方案。3、仪表放大器的论证与选择方案一：使用3片op07制作仪表放大器电路Op07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。具有非常低的输入失 调电压（对于OP07A最大为25
4、UV）。仪表放大器电路主要由两级差分放大器电路构成。其 中，运放前两片为同相差分输入方式，后一片为差分放大电路。这样子做较为复杂，电路较 难准确。方案二：使用一片INA128芯片INA128为精密低功耗仪表放大器,它们通用的3运放3-op amp设计和体积小巧使其 应用范闱广泛，且电路实现简单，由单个外部电阻即可实现从1至10000的任一增益选择。综合以上两种方案，选择方案二。3、控制系统的论证与选择方案一：AD采样后直接对数据进行分析与显示，可以快速的看到数据的变化：方案二：采样后对数据进行均值低通等数字滤波，虽然数据显示较慢，但是数据较为平稳, 不会有较大跳变。综合考虑采用方案二。二、系统
5、理论分析与计算1、测量精度的分析由于测量称重范围最大为500g,最小精度要求为0.5g,考虑到采用芯片内部的ad最高 电压为3.3v,为防止放大器输出端电压过大，所以500g对应最大电压为3v所以0.5g对应 电压变化为0.003vo约3.3v电压的1/1024,即1/2人10,即所采用的AD测量至少要10位才 可以满足本题的测量精度要求。本次我们采用的STM32内部ADC为12位，基本满足题目要求。2、电阻式金属应变片电路分析图1：电桥线路原理图A 7j j R1R2N = Uo(Rl+R2)2 L R1 R2R1 AR2 NR3 M4 + R3 R4 J图2： INA128/129内部电路
6、结构图 &2&41+ &2)(&3 + &4)- 如果/ =导则电桥平衡，通过调节Uo可以改变U1的大小;若Rl、R2、R3、R4电阻变化，则电压变化3、仪表放大器电路分析电压输出Uo= （1+渝 AUi图3：反向比例放大器原理图 电压输出：Uo =三、电路与程序设计1、电路的设计（1）系统总体框图（2）全桥式应变片电路R1STM32主控蔓屏幕显示J70Cn2 a %kiz c 6 帑c 乙6 ToKey-Q Ky-QR3R4VFF4VR8 10KQ 50 % K=A（3）仪表放大器电路VSS4V图5：全桥式应变片电路图XMM3图6：仪表放大器电路图（4）反相比例放大器电路Key=A图7：反相
7、比例放大器电路图2、程序的设计程序功能描述：根据题目要求软件部分主要实现ad采样变换显示，键盘的设置和显示。（1）键盘实现功能：设置价格以及功能切换。（2）显示部分：显示实时电压值、斤数、单价、总价等。程序流程图开始屏幕初始化自动校正去皮归零中断AD采样数据计算屏幕显示7价格输入 总价计算图8：主程序流程图四、测试方案与测试结果1、测试方案（1）硬件测试使用信号发生器与示波器，观察硬件电路部分是否能实现信号的放大。（2）软件仿真测试使用电源供给单片机AD采样，测试软件部分是否正常。（3）硬件软件联调软件硬件结合测试，根据测试结果调整软件硬件数据，实现精准测量。2、测试条件与仪器测试条件:检查多
8、次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误, 硬件电路保证无虚焊。环境温度室温，无较大环境因素影响。测试仪器：学生电源，数字示波器，数字万用表，信号发生器。3、测试结果及分析（1）测试结果（数据）实验重ffi/g510201060SO100150200250显示重ffi/g5. 0110. 1020.1210. 1460. 16SO. IS100. 20150. 25200. 45250. 55实验重ffi/g300350100150500550600显示重ffi/g300. 60350. 75400. 80150. 90500.94550. 96600. 9S（2）测试分析
9、与结论根据上述测试数据显示，数据结果基本呈线性，且在误差范围内基本满足本作品的误差 要求。综上所述，本设计达到设计要求。五、结论与心得通过本次大赛又重新了解了仪表类运放的相关知识，了解金属应变片的功能，并自行设 计制作压力传感器，实现相关功能。这次4天3夜的比赛让我们对团队合作有了深刻的理解，由于团队分工不明确确实耽 误了不少时间。不过经过后期调整，也算较为艰难的完成了任务。这次比赛的前期准备确实耽误了不少事情，使得进度慢了许多，所以前期准备对于电子 设计大赛这种，短时间内要完成的比赛来讲，还是很重要的。希望口后有机会还可以参加。六、参考文献1尹福炎一金属箔式应变片制作工艺原理.国防工业出版社,2011吴建平，传感器原理及应用（第3版）.机械工业出版社,20163 松井邦彦.传感器应用技巧141例.科学出版社,2006附录1:电路原理图r附录2：实验程序
