本文介紹了一種使用MSP430單片機控制的電子秤,采用超低功耗設計,能夠滿足各種便攜式低功耗的要求。主要介紹了系統的整體設計方案、稱重傳感器信號采集系統設計和軟件系統設計,其中壓力傳感器采用4個彈性元件內壁粘貼電阻應變片組成,采用全橋的工作方式組成惠斯登電橋,數模轉換采用單片機自帶的16位A/D轉換器,精度達到1g,最大量程100Kg。

MSP430單片機是TI公司開發的高性能單片機,采用超低功耗設計,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行工作,對系統的低功耗要求較高,采用MSP430單片機不僅能滿足系統的高精度、高靈敏度要求,而且由于超低功耗,極大的延長了系統工作時間。

1.整體設計方案

本系統采用MSP430單片機作為控制核心,主要包括硬件設計和軟件設計兩部分。系統框圖如圖1所示。

硬件部分主要包括最小系統模塊、通訊模塊、壓力傳感器信號采集模塊、液晶顯示模塊、鍵盤輸入模塊和外部存儲模塊,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生變形,帶動彈性元件上的電阻應變片阻值發生變化,通過電橋將電阻的變化值轉變為電壓的變化值,為消除外界溫度變化的影響特別加入溫度補償電路,將轉變后的微小電壓信號通過信號放大電路后通入MSP430單片機自帶的A/D轉換器,通過運算在液晶屏幕上進行顯示。

2.壓力傳感器信號采集電路

2.1 壓力傳感器

本系統壓力傳感器采用4個彈性元件內壁粘貼電阻應變片組成,采用全橋的工作方式組成惠斯登電橋,當加入重物后彈性體承受載荷產生變形時,使內壁粘貼的電阻應變片隨之發生變形,電阻應變片電阻值發生變化,通過惠斯登電橋將電阻的變化值變為電壓的變化值。為了提高系統的精確度,我們選用L-PSIII型壓力傳感器,

該傳感器最大量程為20Kg,在量程范圍內精度達到0.01%,滿量程時誤差為±0.002Kg。

2.2 放大電路

從惠斯登電橋輸出的電壓信號為毫伏級,必須經過放大到伏特級才能輸入A/D轉換器,由于輸入信號特別小,容易受到外界的干擾,要求運放必須具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、溫漂小的特點。我們選用LM324作為運放芯片,前端利用兩個電壓跟隨器組成差動放大電路進行前級放大,差動放大電路具有輸入阻抗高、抗干擾能力強的特點有效提高系統的精度。放大電路中間級進行信號放大,加入一個可變電阻用來調節零點漂移,將信號放大到需要的的量程。最后輸出級采用反向比例運算放大電路,采用電壓反饋進一步降低輸出電路,在反饋電路串聯一個小可變電阻可以微調輸出放大倍數,使之滿足系統需求。

2.3 A/D轉換

壓力傳感器信號經過轉換放大后,需要再經過A/D轉換器將模擬信號轉換為數字信號才能被單片機識別。對于電子稱來說對A/D轉換器的轉換速度要求太高,精度采用16位的A/D就能夠滿足系統的要求,我們選擇使用MSP430單片機自帶的16位A/D轉換功能,不僅能夠滿足系統的要求,而且不用再增加專門的A/D轉換電路,節約了系統的成本。

3.軟件系統設計

軟件部分采用單片機C語言進行編程,軟件流程圖如圖2所示,單片機首先上電初始化,自動校準壓力傳感器,開IT0和IT1中斷,讀取A/D轉換器寄存器數據,根據單片機外部存儲器中的價格計算金額和總價,當購買多件商品時,可以將每種商品的價格全部保存到購物清單中,并且將所有產品的價格進行累加,得出購買商品的總金額。由于MSP430單片機系統資源豐富,還有很多空余的引腳,可以方便的擴展其應用。

4.結語

本系統采用TI公司開發的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,程序設計上也盡量使用低功耗模式,工作時間達到40小時,能夠滿足大多數戶外使用的的要求。使用MSP430單片機自帶的16位A/D轉換器,測量精度達到1g,最大量程100Kg,可以精準的對各種商品進行測量,另外還具有壽命長、價格低等優點。