称重仪毕业设计(3)

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基于MSP430的称重系统

定性和可靠性较差等。

众所周知，传统的量具是杆秤或盘秤，20世纪70年代开始出现电子秤。早期的电子秤多数通过模拟电路实现，随着电子技术的不断发展．数字芯片价格逐渐下降，模拟控制已逐步被数字控制所替代，电子秤的设计也大都以微处理器为核心，使精度和可靠性都有了明显提高。由于小型商用电子秤运算不太复杂，所以用8位微处理器即可满足要求。

电子秤重系统必须将多只传感器的输出进行计算，才能得到完整准确的称重结果。从20世纪70年代的模拟串联计算到80年代的模拟并联计算，计算技术的发展大幅度即降低了电子秤的成本，又提高了可靠性和稳定性。但是，模拟并联计算也存在不足：如对传感器的一致性要求较高、电子秤四角偏差调试复杂无法对单个传感器进行检测等。目前，解决上述问题的最好方法是采用数字计算或数模混合计算。由于信号放大器成本的不断下降及AD转换器性能的大幅度提高，数字计算无论在技术上还是在经济上都进入了实用阶段。

电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势，引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。目前大多数电子秤是以1:3,000或1:10,000的分辨率输出最终称重值的，这样的系统一般使用12 bit至14 bit的AD模数转换器就很容易满足要求。然而，高精密检测的电子秤如果要达到要求，那么ADC的精度需要接近于20 bit。

1.3 论文主要内容和预期目标

学习MSP430系列MSP430XF425单片机的使用，结合IAR编译器进行软件设计，设计一种称重系统用于测量量程在0~500g物体的质量。利用传感器测量桥式电路的压差，采用差分放大电路放大压差信号，使其达到可使单片机识别的电压，通过单片机的处理并显示出来。

预期目标：正确的设计称重系统方案，编写程序实现要求的控制算法。设计完成一种具有响应快、精确度高、稳定性好的称重系统。

1.4 论文组织结构

具体章节安排如下：

第1章介绍了本课题的研究背景、研究意义与研究现状，本论文的主要研究内容、所要解决的问题及最终所要实现的目标。

第2章概述了本课题部分知识的理论基础，对桥式传感器、模拟放大电路、液晶显示进行了介绍。重点学习了桥式传感器与模拟放大电路相结合的实现方法。通过对系统分析，选择系统的总体设计方案和各模块的设计方案。

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基于MSP430的称重系统

第3章介绍了称重系统模块的硬件设计，并对设计出的系统硬件电路进行了说明。

第4章介绍了称重系统模块的软件设计，对程序流程设计进行了说明，并详细介绍了系统的软件设计。

第5章对完成称重系统的制作，对系统进行调试并总结。

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2 称重系统总体方案设计

2.1 称重系统基本工作原理

称重系统的主要工作原理是：将应变片粘至金属力臂上侧，力臂上放置秤盘，重物放入秤盘时产生压力，使应变片发生形变从而产生电信号，信号经放大调理后传至微控制器处理显示。称重系统主要包括：桥式应变传感器、放大电路、AD转换电路、单片机最小系统电路、显示电路和电源管理电路等部分，图2.1为系统设计总体方案框图。

电源管理系统压力传感器信号调理电路AD微处理器LCD显示 图2.1 系统设计总体方案框图

2.2 称重系统模块方案设计

整个硬件系统由五大模块组成，下面以控制系统结构为依据就针对各模

块做具体的方案设计。 2.2.1 主控制器模块方案设计

方案一：选用51系列单片机作为称重系统的主控制芯片，51系列单片机是8位微处理器，使用简单，价格低，但是本称重系统需要涉及到高速AD的数据处理，51系列单片机运算速度达不到系统的设计要求，所以不采用本方案。

方案二：根据称重系统系统设计要求与主控制系统能完成的功能，选用MSP430F425单片机。MSP430F425单片机是一款16位单片机，运算速度快，精度高，而且以MSP430F425单片机为主控制器的设计，可以更加容易使计算控制技术和测量技术结合在一起。故采用此方案。 2.2.2 数据采集模块方案设计

数据采集模块分为 3 个部分：称重传感器、电压放大器和 AD转换器。 （1）称重传感器

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称重传感器由以下方案可以选择：

方案一：采用四片贴片电阻，自行搭建桥式电路。优点是成本低，但是由于贴片需要的精度不能保证，那么传感器的测量精度和稳定性也不能保证。故此方案不宜采用。

方案二：选用平行式测重传感器LAA-H1，为全桥式电路形式。通过输出称量重物时产生的压差信号测量重物的大小。特点是精度高、回零快、滞后小。适合小量贵重物品的测量和要求精度高的称量工具的制造。以上特点适用于本设计，故采用此方案。

（2）电压放大器

电压放大器的设计有以下几种方案可以采用：

方案一：利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。但是普通低温漂运算放大器所构成多级放大器会引入大量噪声。而AD转换器需要很高的精度，几毫伏大小的干扰信号就会直接影响到最后的测量精度。所以，此方案不宜采用。

方案二：由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。差动放大器具有增益高，高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放做成一个差动放大器。 实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度会有较大影响。