基于STM32的高精度电子天平

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电子天平是高精度质量计量仪器，广泛应用于科研机构、高等院校和实验室，具有称量准确度高、响应速度快、稳定性好等特点。目前，国内生产的电子天平，电路集成度低，研究者多采用分离的A/D转换器加放大器的电路 ，且采用模拟电路实现非线性修正和温度补偿，存在电路复杂、准确度低、可靠性差等问题[2]。

国外生产的-些电子天平能够达到很高的准确度和可靠性 ，但是它们使用的称重传感器的成本都非常高，这样就使得整机的成本过高。

针对这些问题，本研究设计-种高精度、低成本的电子天平。该设计采用HX 711芯片对传感器的输出信号进行放大和模数转换，采用滑动均值滤波法进行1 电子天平工作原理该设计选用了成本较低而且使用广泛的电阻应变式称重传感器来进行物理量的变换，把重量变换成收稿日期：2012-07-30作者简Or：樊 毅(1982-)，男，四川渠县人，主要从事嵌入式和单片机应用方面的研究.E-mail：fanyi6666###163.coln通信联系人：秦会斌，男，博士，教授，硕士生导师.E-mail：qhb###hdu.edu.cn机 电 工 程 第30卷电信 号 。

HX71 1为称重传感器提供-个激励电压，有重物加载到称重传感器上时，它输出-个比较小的电压信号；HX71 1在接收到这个电压信号后，对其进行放大，然后进行AID转换 ，直接变换成数字信号送给STM32进行处理；STM32对HX711送过来的数字信号先进行数字滤波 ，然后进行曲线拟合、标定等等-系列的处理，并转换为代表重物质量的数字量，送给 12864液晶进行显示。

另外，在重物超过称重传感器的量程时，超载报警电路会发出报警的声音和光信号，以便让用户快速进行处理，避免损坏称重传感器；矩阵键盘输送相应的按键信号给STM32，以便实现去皮和单位转换等功能。

2 硬件设计该设计主要由主控制器STM32、称重传感器、AID转换拈 HX71 1、超载报警电路、矩阵键盘、液晶显示拈 12864这几部分组成 。

罔 l 电子天平主要部分电路图该设计使用的电阻应变式称重传感器的具体参数如表1所示。

表1 电阻应变式传感器的各项参数参数 数值 参数 数值量程 300 温度灵敏度漂移/(%/℃) 0.002输f 灵敏度/(mV/V)0.9±0.1 温度零点漂移/(%/℃) 0.003非线性/(%) 0.02 输入阻抗 4026重复性/(%) 0.02 输出阻抗 3503迟滞性/(%) 0.02 额定激励电压/V 5蠕变(130 rain) 0.03 安全超载范围/(%) 1203 程序设计及技术特点电子天平程序流程陶如图2i)r示。

图 2 电子天平程序 流程 图为了达到较快的称量速度和较高的精度 ，该电子天平采用了几个具有创新性的设计。实验结果证明，这些设计使整个系统达到了预期的要求。

3.1 24位A/D转换器芯片HX711目前市面上的电子天平多采用分离的A/D转换器和放大器组成的电路，对传感器输出的模拟信号进行处理。这样，不但增加了电路的复杂度，使电路稳定性降低，并且容易受到外界的干扰 。对于高精度电子天平来说，这种电路的复杂度造成的不稳定f生会更加明显 。

为了避免以上问题，本研究采用了海芯科技集团生产的HX71 1芯片。该芯片是-款专为高精度电子天平而设计的24位Delta-Sigma型AID转换器芯片。与同类型其他芯片相比，该芯片集成了放大器、稳压电源和片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有响应速度快、抗干扰性强等优点，降低了电子天平的整机成本和电路的复杂度，提高了整机的可靠性。

该芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的AID转换器提供电源。如果使用该芯片内提供的稳压电源给外部传感器供电，就不需为AID转换器提供参考电压，这样就采用了电压比例测量法进行测量，整机的稳定性进-步提高，使整个电子天平能够达到较高的精度。并且，为了防止电源电压的波动造成过高的输入电压，而烧坏HX711芯片，本研第1期 林乾浩，等：基于GMR传感器的三轴电子罗盘 · 59 ·21.5，塌 0n5- l- 1.5，、/1 、- i· 3。 。0 6O l o1 。 2；o3品3. !l ， -、，m 0。

图9 有干扰源校准后电子罗盘误差曲线5 结束语目前，市面上基于新型的GMR传感器进行研制的电子罗盘未见报道 ，本研究设计的电子罗盘硬件电路简单、体积孝功耗低，具有自动校准与磁场补偿算法功能。经实验验证 ，通过校准后该罗盘水平航向精度达到±1。，30。倾斜后精度达到士1.5。，罗盘分辨率为0.1。。

研究结果表明，本研究设计的电子罗盘能够有效地补偿磁场干扰 ，具有较高的测量精度，所研制的三轴电子罗盘在手机、车载、船舶等导航系统具有潜在应用价值。