基於STM32的*電子地磅設計原理：

稱重裝置（zhì）已（yǐ）成為生活中不可或缺（quē）的*部分，大到（dào）重工業（yè）生產，小至街頭（tóu）小販。目前電子（zǐ）地磅市場普遍存在基於89C51係列芯片研（yán）製（zhì）的電子地（dì）磅，電子地磅信號調理係（xì）統電路多以（yǐ）使用集成電路芯（xīn）片HX710A型單芯片處理為主P，以內部模擬電路集（jí）成芯片改變以往的多元（yuán）器件堆積焊接實現單*便捷結構（gòu）化。

　　本文基於貼片式（shì）電阻應變片傳感器（qì）研發的電子地磅裝置，結合STM32單片機控製與信號調理（lǐ）電（diàn）路，實現在誤差範圍50g內小於0.5g，在50500g內小於lg的*測量，設計*款便攜式、*靈（líng）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（rú）圖l*示，本方案設計有以下幾部分組（zǔ）成：信號（hào）采集單元、信號放大電路、a/d轉換電路、單片機、液晶顯示、鍵盤輸入、電源設計。

　　本設計采用BHF350-3AA型貼片（piàn）式（shì）應變片，具有價格低、*度*和較好的線性特性E前端由（yóu）四路貼片式電阻應變片傳感器為數據采集單元，ADA4528-2放（fàng）大低電（diàn）平幅度（dù）信號，再由24位HADC型20丨電子製作（zuò）2016年ll月信號采集與調理電路設計AD7791轉換放大後的（de）信號，由STM32將*得到的A/D值進行數（shù）值計算（suàn），將（jiāng）秤（chèng）取的重量由TFT顯示屏顯示出來，單（dān）片（piàn）機外加（jiā）鍵盤輸入，可手動調節物品單價（jià），進行累（lèi）加計算。

　　電源（yuán）設計部分按照各部分（fèn）*需電壓（yā）分路（lù）調（diào）節輸出。

　　1.1硬件設計應變片安放傳（chuán）感（gǎn）器設計采用等截麵矩形結構的懸梁臂結構，如*示（shì），R1、R2為貼片（piàn）式（shì）電阻應變（biàn）片（piàn）粘貼於A端的懸梁臂X位置，且A端固定於支（zhī）架上，B端為體（tǐ）秤受力端，當受（shòu）到向下拉力時，懸梁臂形變，同時（shí）應變片也產生相同的形變，導致應變片輸出電阻值發生變化。由物體受力分（fèn）析可得在（zài）懸梁臂A端附近形變zui為明顯，應變片形（xíng）變更明顯。

　　等截麵懸梁臂為X處的應變值為：信號調理電路設計由於係統設（shè）計測量*度要求（qiú）050g範圍內誤差（chà）小於0.5g，50500g範（fàn）圍內誤差小於lg，電阻應變片的溫漂效應（yīng）明顯，而且容（róng）易受到激勵電壓（yā）的低頻（pín）變化的（de）影響，我們（men）選（xuǎn）用低漂移的低噪聲運算放大器，同時還要考（kǎo）慮在*放大倍數（shù）的情況下失調電壓和增益誤差不使ADC電（diàn）路前端過載，我們還要求（qiú）選用的放大器是軌到（dào）軌的輸出性能，通過比較和測試，我們（men）zui終（zhōng）選（xuǎn）用ADA4528-2這款*密運算放大器作為前端放（fàng）大電路。ADA4528-2為雙通道運（yùn）放，具有2.2V至5.5V的寬工作電源電壓範圍、*增益、出色的cmrr和psrr特（tè）性。失調電壓為2.5uV，失調（diào）電壓（yā）漂移（yí）為（wéi）0.015uV/°C，適用於不容（róng）許（xǔ）誤差源的應用，是*密放大應用理想之選。

　　由（yóu）兩個零（líng）漂（piāo）移放（fàng）大器組成（chéng）了對稱式放大器結構，這樣形成了三（sān）運放式儀表放大器的（de）*級，很好的自（zì）行校正了低頻直流誤差，同時也抵消了l/f噪聲的影響，但對兩個放（fàng）大器反饋（kuì）電阻選擇要求較*，盡量做到完全匹（pǐ）配（pèi），因此我們選用1%0*電阻。增（zēng）益可得：如*示，電（diàn）容R5與R6置於運算放大器（qì）的反饋環路中，與R5和R6―起形成4.3Hz截止頻率的低通濾波器，用於限（xiàn）製進入Z-A型ADC的噪聲量。C5與R7、R8―起形成*個截止頻率為8Hz的（de）差分濾波器，用以進*步限製噪聲。C3、C4與R7、R8―起形成截止頻率為159Hz的共（gòng）模濾波器。

　　由於（yú）ADA4528-2具有超低失調電壓和噪聲的*器件，因此必（bì）須*心布置PCB安排（pái），以（yǐ）使得芯片性得達到zui佳狀態（tài），為減少輸出（chū）電流變化（huà）引起的電源幹擾zui小，保持較短的電源走線，旁路（lù）電容應盡可能靠（kào）近器件電源引腳等細節。

　　二級放大及ADC電路設計（jì）經過*級（jí）前端放大（dà）後，需要再進行*級（jí）放大以滿（mǎn）足ADC電路的需要。由於我們選用AD7791這款ADC芯片，內置*個24位Z-A型ADC，其中含有*個可緩衝或無緩衝差分輸入，使得內部集成了*個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（qián）端，采用3V電源時，二者的典型功耗為65pA；采用（yòng）5V電源、禁用緩衝時，典型功係統電源設計電路采用5V基準電壓，峰峰值輸入範圍為10V，因此（cǐ）LSB等於：約為ADC量程的38%>.較寬的模擬輸入有（yǒu）利於稱重傳感器的失調電壓和增益誤差（chà）不會使ADC前端過載。雖然采用四線式的貼片傳感（gǎn）器沒有（yǒu）檢測引腳，使得ADC的差（chà）分基準電壓引腳與勵磁電壓和地直接相連（lián），導致了線（xiàn）路電阻上存在*定的壓差，但仍能*出該電橋上（shàng）產生的（de）電壓。

　　係統電源設計電源是*個係統的基礎，*個良好的電源設計是係統（tǒng）穩定運行（háng）的前提。電壓（yā）的波動，將導致係（xì）統讀數稱量的*度。

　　傳感器是通過壓力的改變使得電壓對電阻應變片的輸出量變（biàn）化，電壓的不（bú）穩定，直接導致信號采集的可靠性，同時不穩定的電壓將對後麵（miàn）放大電路（lù）、AD電路（lù）產生壓差（chà）失調、增益誤差和噪聲幹擾，使得（dé）係統無法（fǎ）工作。提升電源性能，會使（shǐ）係統更優良。電源設計如*示。

　　TPS7350具有完善的保護電路，包括過流、過壓、電（diàn）壓反接保護。由電壓源7.2V輸出，經兩個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（shēng）調（diào）節器，輸入工作電（diàn）壓範圍3V12V，並提供超（chāo）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（bān）使（shǐ）用（yòng）時*需*個（gè）0.47mF旁路（lù）電容（róng）輸出。

　　和稱重傳感器提供穩定的5V電壓，外圍電路設計中加以（yǐ）去耦電容、降噪電容，避免了電源、地層的噪聲在（zài）電路（lù）中的影響致使性能下降。

　　1.2軟件設計軟件設計是基於STM32單片機的開發運用，STM32F103RCT6芯片以ARMCortex-M3為內（nèi）核（hé），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（zhèn），tag接口等。具有*強的處（chù）理計算能（néng）力，並且開發環境易搭建。非常適用（yòng）於此次簡易電子稱的（de）數據處理。

　　鍵盤為4X4的數字鍵盤，除了簡單的0~9的數字功能外，並由校準、去皮、單價、累加、歸零、等於代替其他鍵的（de）功能。鍵盤的輸入是以狀態機輸入判斷，STM32控製器具體需要執行的代碼取決於接收到的事件。*以，數據控製流程不能是事先設定好的，它們的（de）命令和選擇也（yě）就是用戶隨機（jī）輸入造成的（de）事件來驅動。

　　係統軟件（jiàn）分（fèn）由（yóu）A/D轉換模塊、數製轉換、鍵盤掃描模（mó）塊、液晶顯（xiǎn）示模塊和主函數模塊。在開機初始（shǐ）化後，由目（mù）」端傳感器采集（jí）信號，經過放大、A/D轉換，傳送到STM32單片機控製器，有STM32進行數值轉換；同時判斷外部鍵盤是否有輸入響應（yīng），若無，則STM32將處理的信號送至顯示屏，由（yóu）顯（xiǎn）示屏顯示秤取的重量；如果由外部響應輸入，單（dān）片機根據輸入的信號事件，處理事故（gù）；並（bìng）由顯（xiǎn）示屏顯示輸入的數據信號和單片機處理的結果。軟件實現流程如。

　　2.測試結果與分析2.1測試結果數據如（rú）表1.（下轉第24頁）22丨電子製（zhì）作2016年（nián）11月23）中的（de）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（diàn）平就會產生跳變，從而產生*些列等*的方波信號。為保證時區時間，輸出的PWM波形（xíng）占空比zui大不超（chāo）過40%o. pwmi信號（hào）用來驅動dc/dc型調（diào）節器，使輸出電（diàn）壓基本穩定在12V，PWM2和PWM3信號用來驅動推挽式變換器開關管；輸出電壓采樣信號（hào）與給定的直流（liú）電壓信號進行比較（jiào），根據比較（jiào）結果調整PWM2和PWM3的占空比，使輸出（chū）電壓穩定於25V；輸出電流采樣數據用（yòng）來判別是否發生過流故障，溫度采樣數據用來（lái）判別是否發生過（guò）熱（rè）故障，直流電壓采樣（yàng）信號用來判別是否有過壓和欠壓故（gù）障；根據采樣信號實（shí）施相應的保護。

　　2.實驗數據和實驗波形根據設計要求確定穩壓電源的（de）主要參數如下：太陽能電池（chí）板輸入直流電（diàn）壓12V~35V，變壓器效率95./.，變壓器磁芯選用EB5X27X10，變壓器初級線圈12匝，初次級繞組（zǔ）匝比（bǐ）0.4：1，變換器工作頻率28kHz，驅（qū）動信號（hào）占空比25/~45%，輸出濾波電（diàn）感0.25mH，濾波電容為300mF，輸出電壓直（zhí）流25V，zui大（dà）輸出電流5A.當電（diàn）源由空載變換（huàn）到（dào）滿載時，電壓的變換*有0.14V，而輸出紋波電壓的峰峰值zui*有0.94mV.同時當負載由1A突變為5A時，用示波器讀（dú）出的輸出電壓穩定時間*有0.2s.電源在空載和滿載時，輸出電壓（yā）都能穩定在25V，開關管驅動信號的占空比（bǐ）也小（xiǎo）於45%，完（wán）全達到了設計要求。

　　針對（duì）某型電台供電要求采用TMS320LF2407A*速數字信號處理器設計實現了25V/5A太陽能穩壓電源。實際應用表明該電源具有穩壓*度*、穩態（tài）性能好、動態（tài）響應快、可靠性（xìng）*等優（yōu）點，同時，該電源對利用太陽能發電的同類產品也具有（yǒu）很好的價值（zhí）。