本文介紹了一種使用MSP430單片機(jī)控制的電子秤,采用超低功耗設(shè)計(jì),能夠滿足各種便攜式低功耗的要求。主要介紹了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案、稱重傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì),其中壓力傳感器采用4個(gè)彈性元件內(nèi)壁粘貼電阻應(yīng)變片組成,采用全橋的工作方式組成惠斯登電橋,數(shù)模轉(zhuǎn)換采用單片機(jī)自帶的16位A/D轉(zhuǎn)換器,精度達(dá)到1g,最大量程100Kg。

MSP430單片機(jī)是TI公司開發(fā)的高性能單片機(jī),采用超低功耗設(shè)計(jì),能夠滿足各種便攜式低功耗的要求。便攜式電子稱大多需要在戶外采用電池供電模式進(jìn)行工作,對系統(tǒng)的低功耗要求較高,采用MSP430單片機(jī)不僅能滿足系統(tǒng)的高精度、高靈敏度要求,而且由于超低功耗,極大的延長了系統(tǒng)工作時(shí)間。

1.整體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)采用MSP430單片機(jī)作為控制核心,主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

硬件部分主要包括最小系統(tǒng)模塊、通訊模塊、壓力傳感器信號(hào)采集模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊和外部存儲(chǔ)模塊,在測量過程中將重物加到壓力傳感器上,壓力傳感器彈性元件由于外部壓力產(chǎn)生變形,帶動(dòng)彈性元件上的電阻應(yīng)變片阻值發(fā)生變化,通過電橋?qū)㈦娮璧淖兓缔D(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?/span>,為消除外界溫度變化的影響特別加入溫度補(bǔ)償電路,將轉(zhuǎn)變后的微小電壓信號(hào)通過信號(hào)放大電路后通入MSP430單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換器,通過運(yùn)算在液晶屏幕上進(jìn)行顯示。

2.壓力傳感器信號(hào)采集電路

2.1 壓力傳感器

本系統(tǒng)壓力傳感器采用4個(gè)彈性元件內(nèi)壁粘貼電阻應(yīng)變片組成,采用全橋的工作方式組成惠斯登電橋,當(dāng)加入重物后彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí),使內(nèi)壁粘貼的電阻應(yīng)變片隨之發(fā)生變形,電阻應(yīng)變片電阻值發(fā)生變化,通過惠斯登電橋?qū)㈦娮璧淖兓底優(yōu)殡妷旱淖兓?。為了提高系統(tǒng)的精確度,我們選用L-PSIII型壓力傳感器,

該傳感器最大量程為20Kg,在量程范圍內(nèi)精度達(dá)到0.01%,滿量程時(shí)誤差為±0.002Kg。

2.2 放大電路

從惠斯登電橋輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí),必須經(jīng)過放大到伏特級(jí)才能輸入A/D轉(zhuǎn)換器,由于輸入信號(hào)特別小,容易受到外界的干擾,要求運(yùn)放必須具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、溫漂小的特點(diǎn)。我們選用LM324作為運(yùn)放芯片,前端利用兩個(gè)電壓跟隨器組成差動(dòng)放大電路進(jìn)行前級(jí)放大,差動(dòng)放大電路具有輸入阻抗高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)有效提高系統(tǒng)的精度。放大電路中間級(jí)進(jìn)行信號(hào)放大,加入一個(gè)可變電阻用來調(diào)節(jié)零點(diǎn)漂移,將信號(hào)放大到需要的的量程。最后輸出級(jí)采用反向比例運(yùn)算放大電路,采用電壓反饋進(jìn)一步降低輸出電路,在反饋電路串聯(lián)一個(gè)小可變電阻可以微調(diào)輸出放大倍數(shù),使之滿足系統(tǒng)需求。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換

壓力傳感器信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換放大后,需要再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才能被單片機(jī)識(shí)別。對于電子稱來說對A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度要求太高,精度采用16位的A/D就能夠滿足系統(tǒng)的要求,我們選擇使用MSP430單片機(jī)自帶的16位A/D轉(zhuǎn)換功能,不僅能夠滿足系統(tǒng)的要求,而且不用再增加專門的A/D轉(zhuǎn)換電路,節(jié)約了系統(tǒng)的成本。

3.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件部分采用單片機(jī)C語言進(jìn)行編程,軟件流程圖如圖2所示,單片機(jī)首先上電初始化,自動(dòng)校準(zhǔn)壓力傳感器,開IT0和IT1中斷,讀取A/D轉(zhuǎn)換器寄存器數(shù)據(jù),根據(jù)單片機(jī)外部存儲(chǔ)器中的價(jià)格計(jì)算金額和總價(jià),當(dāng)購買多件商品時(shí),可以將每種商品的價(jià)格全部保存到購物清單中,并且將所有產(chǎn)品的價(jià)格進(jìn)行累加,得出購買商品的總金額。由于MSP430單片機(jī)系統(tǒng)資源豐富,還有很多空余的引腳,可以方便的擴(kuò)展其應(yīng)用。

4.結(jié)語

本系統(tǒng)采用TI公司開發(fā)的MSP430超低功耗芯片作為控制核心,使用18650型電池作為供電電源,程序設(shè)計(jì)上也盡量使用低功耗模式,工作時(shí)間達(dá)到40小時(shí),能夠滿足大多數(shù)戶外使用的的要求。使用MSP430單片機(jī)自帶的16位A/D轉(zhuǎn)換器,測量精度達(dá)到1g,最大量程100Kg,可以精準(zhǔn)的對各種商品進(jìn)行測量,另外還具有壽命長、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。