基于STM32的*電子地磅設計原理：
稱重裝置已成為生活中不可或缺的*部分，大到重工業(yè)生產(chǎn)，小至街頭小販。目前電子地磅市場普遍存在基于89C51系列芯片研制的電子地磅，電子地磅信號調理系統(tǒng)電路多以使用集成電路芯片HX710A型單芯片處理為主P，以內(nèi)部模擬電路集成芯片改變以往的多元器件堆積焊接實現(xiàn)單*便捷結構化。
本文基于貼片式電阻應變片傳感器研發(fā)的電子地磅裝置，結合STM32單片機控制與信號調理電路，實現(xiàn)在誤差范圍50g內(nèi)小于0.5g，在50500g內(nèi)小于lg的*測量，設計*款便攜式、*靈敏度、低成本的智能電子地磅裝置。
1.方案設計設計結構框圖如圖l*示，本方案設計有以下幾部分組成：信號采集單元、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型貼片式應變片，具有價格低、*度*和較好的線性特性E前端由四路貼片式電阻應變片傳感器為數(shù)據(jù)采集單元，ADA4528-2放大低電平幅度信號，再由24位HADC型20丨電子制作2016年ll月信號采集與調理電路設計AD7791轉換放大后的信號，由STM32將*得到的A/D值進行數(shù)值計算，將秤取的重量由TFT顯示屏顯示出來，單片機外加鍵盤輸入，可手動調節(jié)物品單價，進行累加計算。
電源設計部分按照各部分*需電壓分路調節(jié)輸出。
1.1硬件設計應變片安放傳感器設計采用等截面矩形結構的懸梁臂結構，如*示，R1、R2為貼片式電阻應變片粘貼于A端的懸梁臂X位置，且A端固定于支架上，B端為體秤受力端，當受到向下拉力時，懸梁臂形變，同時應變片也產(chǎn)生相同的形變，導致應變片輸出電阻值發(fā)生變化。由物體受力分析可得在懸梁臂A端附近形變zui為明顯，應變片形變更明顯。
等截面懸梁臂為X處的應變值為：信號調理電路設計由于系統(tǒng)設計測量*度要求050g范圍內(nèi)誤差小于0.5g，50500g范圍內(nèi)誤差小于lg，電阻應變片的溫漂效應明顯，而且容易受到激勵電壓的低頻變化的影響，我們選用低漂移的低噪聲運算放大器，同時還要考慮在*放大倍數(shù)的情況下失調電壓和增益誤差不使ADC電路前端過載，我們還要求選用的放大器是軌到軌的輸出性能，通過比較和測試，我們zui終選用ADA4528-2這款*密運算放大器作為前端放大電路。ADA4528-2為雙通道運放，具有2.2V至5.5V的寬工作電源電壓范圍、*增益、出色的cmrr和psrr特性。失調電壓為2.5uV，失調電壓漂移為0.015uV/°C，適用于不容許誤差源的應用，是*密放大應用理想之選。
由兩個零漂移放大器組成了對稱式放大器結構，這樣形成了三運放式儀表放大器的*級，很好的自行校正了低頻直流誤差，同時也抵消了l/f噪聲的影響，但對兩個放大器反饋電阻選擇要求較*，盡量做到完全匹配，因此我們選用1%0*電阻。增益可得：如*示，電容R5與R6置于運算放大器的反饋環(huán)路中，與R5和R6―起形成4.3Hz截止頻率的低通濾波器，用于限制進入Z-A型ADC的噪聲量。C5與R7、R8―起形成*個截止頻率為8Hz的差分濾波器，用以進*步限制噪聲。C3、C4與R7、R8―起形成截止頻率為159Hz的共模濾波器。
由于ADA4528-2具有超低失調電壓和噪聲的*器件，因此必須*心布置PCB安排，以使得芯片性得達到zui佳狀態(tài)，為減少輸出電流變化引起的電源干擾zui小，保持較短的電源走線，旁路電容應盡可能靠近器件電源引腳等細節(jié)。
二級放大及ADC電路設計經(jīng)過*級前端放大后，需要再進行*級放大以滿足ADC電路的需要。由于我們選用AD7791這款ADC芯片，內(nèi)置*個24位Z-A型ADC，其中含有*個可緩沖或無緩沖差分輸入，使得內(nèi)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、完整模擬前端，采用3V電源時，二者的典型功耗為65pA；采用5V電源、禁用緩沖時，典型功系統(tǒng)電源設計電路采用5V基準電壓，峰峰值輸入范圍為10V，因此LSB等于：約為ADC量程的38%>.較寬的模擬輸入有利于稱重傳感器的失調電壓和增益誤差不會使ADC前端過載。雖然采用四線式的貼片傳感器沒有檢測引腳，使得ADC的差分基準電壓引腳與勵磁電壓和地直接相連，導致了線路電阻上存在*定的壓差，但仍能*出該電橋上產(chǎn)生的電壓。
系統(tǒng)電源設計電源是*個系統(tǒng)的基礎，*個良好的電源設計是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提。電壓的波動，將導致系統(tǒng)讀數(shù)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化，電壓的不穩(wěn)定，直接導致信號采集的可靠性，同時不穩(wěn)定的電壓將對后面放大電路、AD電路產(chǎn)生壓差失調、增益誤差和噪聲干擾，使得系統(tǒng)無法工作。提升電源性能，會使系統(tǒng)更優(yōu)良。電源設計如*示。
TPS7350具有完善的保護電路，包括過流、過壓、電壓反接保護。由電壓源7.2V輸出，經(jīng)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*款低噪聲調節(jié)器，輸入工作電壓范圍3V12V，并提供超過100毫安的負載電流，具有卓越的電壓和負載調節(jié)，該ADP3301作為*般使用時*需*個0.47mF旁路電容輸出。
和稱重傳感器提供穩(wěn)定的5V電壓，外圍電路設計中加以去耦電容、降噪電容，避免了電源、地層的噪聲在電路中的影響致使性能下降。
1.2軟件設計軟件設計是基于STM32單片機的開發(fā)運用，STM32F103RCT6芯片以ARMCortex-M3為內(nèi)核，zui*工作頻率為72MHz，片上集成64K字節(jié)SRAM，512K字節(jié)的FLASH容量，自帶校準RTC晶振，tag接口等。具有*強的處理計算能力，并且開發(fā)環(huán)境易搭建。非常適用于此次簡易電子稱的數(shù)據(jù)處理。
鍵盤為4X4的數(shù)字鍵盤，除了簡單的0~9的數(shù)字功能外，并由校準、去皮、單價、累加、歸零、等于代替其他鍵的功能。鍵盤的輸入是以狀態(tài)機輸入判斷，STM32控制器具體需要執(zhí)行的代碼取決于接收到的事件。*以，數(shù)據(jù)控制流程不能是事先設定好的，它們的命令和選擇也就是用戶隨機輸入造成的事件來驅動。
系統(tǒng)軟件分由A/D轉換模塊、數(shù)制轉換、鍵盤掃描模塊、液晶顯示模塊和主函數(shù)模塊。在開機初始化后，由目」端傳感器采集信號，經(jīng)過放大、A/D轉換，傳送到STM32單片機控制器，有STM32進行數(shù)值轉換；同時判斷外部鍵盤是否有輸入響應，若無，則STM32將處理的信號送至顯示屏，由顯示屏顯示秤取的重量；如果由外部響應輸入，單片機根據(jù)輸入的信號事件，處理事故；并由顯示屏顯示輸入的數(shù)據(jù)信號和單片機處理的結果。軟件實現(xiàn)流程如。
2.測試結果與分析2.1測試結果數(shù)據(jù)如表1.（下轉第24頁）22丨電子制作2016年11月23）中的值與計數(shù)寄存器中的值相等時，對應的引腳PWMx（x=1，2，3，4）上的電平就會產(chǎn)生跳變，從而產(chǎn)生*些列等*的方波信號。為保證時區(qū)時間，輸出的PWM波形占空比zui大不超過40%o. pwmi信號用來驅動dc/dc型調節(jié)器，使輸出電壓基本穩(wěn)定在12V，PWM2和PWM3信號用來驅動推挽式變換器開關管；輸出電壓采樣信號與給定的直流電壓信號進行比較，根據(jù)比較結果調整PWM2和PWM3的占空比，使輸出電壓穩(wěn)定于25V；輸出電流采樣數(shù)據(jù)用來判別是否發(fā)生過流故障，溫度采樣數(shù)據(jù)用來判別是否發(fā)生過熱故障，直流電壓采樣信號用來判別是否有過壓和欠壓故障；根據(jù)采樣信號實施相應的保護。
2.實驗數(shù)據(jù)和實驗波形根據(jù)設計要求確定穩(wěn)壓電源的主要參數(shù)如下：太陽能電池板輸入直流電壓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，初次級繞組匝比0.4：1，變換器工作頻率28kHz，驅動信號占空比25/~45%，輸出濾波電感0.25mH，濾波電容為300mF，輸出電壓直流25V，zui大輸出電流5A.當電源由空載變換到滿載時，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?yōu)?A時，用示波器讀出的輸出電壓穩(wěn)定時間*有0.2s.電源在空載和滿載時，輸出電壓都能穩(wěn)定在25V，開關管驅動信號的占空比也小于45%，完全達到了設計要求。
針對某型電臺供電要求采用TMS320LF2407A*速數(shù)字信號處理器設計實現(xiàn)了25V/5A太陽能穩(wěn)壓電源。實際應用表明該電源具有穩(wěn)壓*度*、穩(wěn)態(tài)性能好、動態(tài)響應快、可靠性*等優(yōu)點，同時，該電源對利用太陽能發(fā)電的同類產(chǎn)品也具有很好的價值。
