介紹了在四片應變電阻片組成的全橋電阻橋電路的基礎上實現(xiàn)較高精度簡易電子稱的過程。 四片常用120Ω 精密鉑金應變電阻片組成全橋電阻橋電路，通過調(diào)零電路、前級放大、低通濾波、后級精密放大、AD 采樣，實現(xiàn)簡易電子稱的基本功能。論述了實現(xiàn)對懸梁臂的形變檢測，對微小信號實現(xiàn)放大。 系統(tǒng)通過低通濾波器以及零漂移，自調(diào)零放大器實現(xiàn)對噪聲的抑制，以及對有用信號的放大與檢測。

本文介紹了一個以電阻應變片為稱重傳感器的簡易電子秤。 稱重范圍 5．00g～500g；重量小于 50g，稱重誤差小于 0．5g；重量在 50g 及以上，稱重誤差小于 1g，且可以數(shù)字顯示，具有去皮，設置單價（元／ 克），可計算物品金額并實現(xiàn)金額累加的功能。

1.硬件設計方案

系統(tǒng)以 STC89C52 為主控制器，通過程控功率放大電路和嘯叫檢測與抑制電路實現(xiàn)帶嘯叫抑制的音頻功率放大系統(tǒng)。 硬件電路主要包括電阻應變式稱重傳感器、單片機、前級低噪聲放大、低通濾波器、后級精密放大，AD 采樣模塊。 用 Altium De-signer 設計 PCB，具體系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。

擴展的內(nèi)容主要有機械調(diào)零電路、 顯示屏接口、ADC 采樣基準電壓產(chǎn)生模塊。

1．1 傳感器電路電路設計

設計采用四片阻值同為 120Ω 的精密鉑金電阻應變片組成全橋差動電阻橋。 該電路輸出的是差分有用信號，因此后一級電路需要用差分放大電路實現(xiàn)對有用信號的放大。

1．2 前級放大電路模塊設計

如圖 4 所示為前級放大電路原理圖。

設計采用 AD620 是一款低成本、高精度儀表放大器，具有功耗低，噪聲小及供電范圍廣的特點，僅需要一個接在引腳 1 和 8 上的外部電阻 RG 來設置增益 ，增益范圍為 1 至 10000，并且該電路產(chǎn)生的噪聲和漂移也很低。

RG ＝ 49．4kΩ

G－1

AD620 的參考電壓為 2．5V，實現(xiàn)差分輸入 ，輸出時在差分放大信號上疊加直流參考電壓 2．5V。

1．3 低通濾波電路模塊設計

設計采用 OPA333 是一款理想的具有自調(diào)零和零漂移功能的軌至軌輸出的精密放大器， 使用 OPA333 芯片搭建有源濾波器對電路進行低通濾波。 因為經(jīng)過前級放大電路，信號疊加有一個基準電壓的直流分量， 低通濾波器并不會對直流信號進行衰減，可以有效地對電路中的高頻噪聲信號進行衰減。

OPA333 的輸入電壓范圍為 1．8V～5．5V， 因此需要將其參考地設為 2．5V，實現(xiàn)以 2．5V 為基準，對交流信號進行濾波。

1．4 后級放大電路模塊設計

設計采用 OPA333 是一款理想的具有自調(diào)零和零漂移功能的精密放大器，使 OPA333 具有十分好的失調(diào)電壓，基本不會引入多余的噪聲。

OPA333 的輸入電壓范圍為 1．8V～5．5V，，因此需要將其參考地設為 2．5V，以滿足電路的需求，對交流小信號進行放大。 使最終輸出電壓范圍在 2．5V～5V 之間變化。

OPA333 放大的要求是在滿足 AD 采樣輸入電平的情況， 盡量放大信號， 但是輸出的信號的范圍要在 2．5V 到 5V 之間，保證信號不會削頂失真。 要保留一定的裕量，保證放大器的正常工作，以及保證電子秤去皮功能的正常。

2.程序設計

本題主控芯片選用 STC89C52。 該款芯片具有操作簡單，性能良好，性價比高的優(yōu)點。 由于 89C52 芯片未集成 AD 芯片，所以選用了一款 12 位 AD 采樣芯片 TLC2543。

程序主體思路是單片機通過輪詢方式， 查詢 AD 芯片數(shù)據(jù)采集情況及 4*4 矩陣鍵盤輸入情況。 通過計算將結果通過1602 液晶屏幕顯示出來。

功能一：通過 AD 采樣電壓， 換算出重量； 功能二： 鍵入單價；功能三：去皮；功能四：累加；仿真截圖如圖 7。

3.簡易電子稱數(shù)據(jù)測量

 時間：2016 年 7 月 26 日～2016 年 7 月 28 日 室內(nèi)溫度：28℃。

測試儀器為：UNI－T UT805A 萬用表；MOTECH LPS305直流穩(wěn)壓電源；Tektronix TDS 1012 數(shù)字示波器。

3．1 測試方案與測試數(shù)據(jù)

首先為了得出系統(tǒng)輸出電壓與物體重量之間的關系， 假設輸出與放置的物體質(zhì)量之間存在線性關系， 對簡易電子稱從空重開始測量，驗證它們之間是否滿足線性關系，通過測得的多組數(shù)據(jù)進行分析數(shù)據(jù)。

使用隨機測量法對得出的輸出電壓與物體重量之間的關系進行檢驗，先對 20g 之前的物體進行全部抽樣測量，對之后的物體進行隨機選擇質(zhì)量進行測量，看顯示是否符合標準。

3．2 誤差分析

由于采用 12 位 ADC 采樣輸出， 雖然 ADC 的精度已經(jīng)達到設計要求，但是 ADC 直接采樣會有略微的誤差。 電路的噪聲、環(huán)境的噪聲，經(jīng)過放大電路會對最后的輸出造成較大的干擾。 由于輸入信號的電壓只有 μV 級別， 和運放的輸入失調(diào)電壓和溫漂都在同一個數(shù)量級，以及使用的運放的電阻的熱噪聲，都會對輸出造成影響。