基于STM32的*電子地磅設計原理：
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，電子地磅信號調理系統電路多以使用集成電路芯片HX710A型單芯片處理為主P，以?xún)炔磕M電路集成芯片改變以往的多元器件堆積焊接實(shí)現單*便捷結構化。
本文基于貼片式電阻應變片傳感器研發(fā)的電子地磅裝置，結合STM32單片機控制與信號調理電路，實(shí)現在誤差范圍50g內小于0.5g，在50500g內小于lg的*測量，設計*款便攜式、*靈敏度、低成本的智能電子地磅裝置。
1.方案設計設計結構框圖如圖l*示，本方案設計有以下幾部分組成：信號采集單元、信號放大電路、a/d轉換電路、單片機、液晶顯示、鍵盤(pán)輸入、電源設計。
本設計采用BHF350-3AA型貼片式應變片，具有價(jià)格低、*度*和較好的線(xiàn)性特性E前端由四路貼片式電阻應變片傳感器為數據采集單元，ADA4528-2放大低電平幅度信號，再由24位HADC型20丨電子制作2016年ll月信號采集與調理電路設計AD7791轉換放大后的信號，由STM32將*得到的A/D值進(jìn)行數值計算，將秤取的重量由TFT顯示屏顯示出來(lái)，單片機外加鍵盤(pán)輸入，可手動(dòng)調節物品單價(jià)，進(jìn)行累加計算。
電源設計部分按照各部分*需電壓分路調節輸出。
1.1硬件設計應變片安放傳感器設計采用等截面矩形結構的懸梁臂結構，如*示，R1、R2為貼片式電阻應變片粘貼于A(yíng)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，當受到向下拉力時(shí)，懸梁臂形變，同時(shí)應變片也產(chǎn)生相同的形變，導致應變片輸出電阻值發(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，應變片形變更明顯。
等截面懸梁臂為X處的應變值為：信號調理電路設計由于系統設計測量*度要求050g范圍內誤差小于0.5g，50500g范圍內誤差小于lg，電阻應變片的溫漂效應明顯，而且容易受到激勵電壓的低頻變化的影響，我們選用低漂移的低噪聲運算放大器，同時(shí)還要考慮在*放大倍數的情況下失調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)比較和測試，我們zui終選用ADA4528-2這款*密運算放大器作為前端放大電路。ADA4528-2為雙通道運放，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。失調電壓為2.5uV，失調電壓漂移為0.015uV/°C，適用于不容許誤差源的應用，是*密放大應用理想之選。
由兩個(gè)零漂移放大器組成了對稱(chēng)式放大器結構，這樣形成了三運放式儀表放大器的*級，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A(yíng)DA4528-2具有超低失調電壓和噪聲的*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(xiàn)，旁路電容應盡可能靠近器件電源引腳等細節。
二級放大及ADC電路設計經(jīng)過(guò)*級前端放大后，需要再進(jìn)行*級放大以滿(mǎn)足ADC電路的需要。由于我們選用AD7791這款ADC芯片，內置*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電壓。為適合低頻測量應用的低功耗、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)，典型功系統電源設計電路采用5V基準電壓，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)重傳感器的失調電壓和增益誤差不會(huì )使ADC前端過(guò)載。雖然采用四線(xiàn)式的貼片傳感器沒(méi)有檢測引腳，使得ADC的差分基準電壓引腳與勵磁電壓和地直接相連，導致了線(xiàn)路電阻上存在*定的壓差，但仍能*出該電橋上產(chǎn)生的電壓。
系統電源設計電源是*個(gè)系統的基礎，*個(gè)良好的電源設計是系統穩定運行的前提。電壓的波動(dòng)，將導致系統讀數稱(chēng)量的*度。
傳感器是通過(guò)壓力的改變使得電壓對電阻應變片的輸出量變化，電壓的不穩定，直接導致信號采集的可靠性，同時(shí)不穩定的電壓將對后面放大電路、AD電路產(chǎn)生壓差失調、增益誤差和噪聲干擾，使得系統無(wú)法工作。提升電源性能，會(huì )使系統更優(yōu)良。電源設計如*示。
TPS7350具有完善的保護電路，包括過(guò)流、過(guò)壓、電壓反接保護。由電壓源7.2V輸出，經(jīng)兩個(gè)TPS7350電路轉換為3.3V電壓，為單片機及顯示屏供電。
ADP3301-5.0是*款低噪聲調節器，輸入工作電壓范圍3V12V，并提供超過(guò)100毫安的負載電流，具有卓越的電壓和負載調節，該ADP3301作為*般使用時(shí)*需*個(gè)0.47mF旁路電容輸出。
和稱(chēng)重傳感器提供穩定的5V電壓，外圍電路設計中加以去耦電容、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軟件設計軟件設計是基于STM32單片機的開(kāi)發(fā)運用，STM32F103RCT6芯片以ARMCortex-M3為內核，zui*工作頻率為72MHz，片上集成64K字節SRAM，512K字節的FLASH容量，自帶校準RTC晶振，tag接口等。具有*強的處理計算能力，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)的數據處理。
鍵盤(pán)為4X4的數字鍵盤(pán)，除了簡(jiǎn)單的0~9的數字功能外，并由校準、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)機輸入判斷，STM32控制器具體需要執行的代碼取決于接收到的事件。*以，數據控制流程不能是事先設定好的，它們的命令和選擇也就是用戶(hù)隨機輸入造成的事件來(lái)驅動(dòng)。
系統軟件分由A/D轉換模塊、數制轉換、鍵盤(pán)掃描模塊、液晶顯示模塊和主函數模塊。在開(kāi)機初始化后，由目」端傳感器采集信號，經(jīng)過(guò)放大、A/D轉換，傳送到STM32單片機控制器，有STM32進(jìn)行數值轉換；同時(shí)判斷外部鍵盤(pán)是否有輸入響應，若無(wú)，則STM32將處理的信號送至顯示屏，由顯示屏顯示秤取的重量；如果由外部響應輸入，單片機根據輸入的信號事件，處理事故；并由顯示屏顯示輸入的數據信號和單片機處理的結果。軟件實(shí)現流程如。
2.測試結果與分析2.1測試結果數據如表1.（下轉第24頁(yè)）22丨電子制作2016年11月23）中的值與計數寄存器中的值相等時(shí)，對應的引腳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。為保證時(shí)區時(shí)間，輸出的PWM波形占空比zui大不超過(guò)40%o. pwmi信號用來(lái)驅動(dòng)dc/dc型調節器，使輸出電壓基本穩定在12V，PWM2和PWM3信號用來(lái)驅動(dòng)推挽式變換器開(kāi)關(guān)管；輸出電壓采樣信號與給定的直流電壓信號進(jìn)行比較，根據比較結果調整PWM2和PWM3的占空比，使輸出電壓穩定于25V；輸出電流采樣數據用來(lái)判別是否發(fā)生過(guò)流故障，溫度采樣數據用來(lái)判別是否發(fā)生過(guò)熱故障，直流電壓采樣信號用來(lái)判別是否有過(guò)壓和欠壓故障；根據采樣信號實(shí)施相應的保護。
2.實(shí)驗數據和實(shí)驗波形根據設計要求確定穩壓電源的主要參數如下：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，變壓器初級線(xiàn)圈12匝，初次級繞組匝比0.4：1，變換器工作頻率28kHz，驅動(dòng)信號占空比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.當電源由空載變換到滿(mǎn)載時(shí)，電壓的變換*有0.14V，而輸出紋波電壓的峰峰值zui*有0.94mV.同時(shí)當負載由1A突變?yōu)?A時(shí)，用示波器讀出的輸出電壓穩定時(shí)間*有0.2s.電源在空載和滿(mǎn)載時(shí)，輸出電壓都能穩定在25V，開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)信號的占空比也小于45%，完全達到了設計要求。
針對某型電臺供電要求采用TMS320LF2407A*速數字信號處理器設計實(shí)現了25V/5A太陽(yáng)能穩壓電源。實(shí)際應用表明該電源具有穩壓*度*、穩態(tài)性能好、動(dòng)態(tài)響應快、可靠性*等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，該電源對利用太陽(yáng)能發(fā)電的同類(lèi)產(chǎn)品也具有很好的價(jià)值。
