基于MSP430单片机的电子秤设计
本文介绍了一种使用MSP430单片机控制的电子秤,采用超低功耗设计,能够满足各种便携式低功耗的要求。主要介绍了系统的整体设计方案、称重传感器信号采集系统设计和软件系统设计,其中压力传感器采用4个弹性元件内壁粘贴电阻应变片组成,采用全桥的工作方式组成惠斯登电桥,数模转换采用单片机自带的16位A/D转换器,精度达到1g,最大量程100Kg。
MSP430单片机是TI公司开发的高性能单片机,采用超低功耗设计,能够满足各种便携式低功耗的要求。便携式电子称大多需要在户外采用电池供电模式进行工作,对系统的低功耗要求较高,采用MSP430单片机不仅能满足系统的高精度、高灵敏度要求,而且由于超低功耗,极大的延长了系统工作时间。
1.整体设计方案
本系统采用MSP430单片机作为控制核心,主要包括硬件设计和软件设计两部分。系统框图如图1所示。
硬件部分主要包括最小系统模块、通讯模块、压力传感器信号采集模块、液晶显示模块、键盘输入模块和外部存储模块,在测量过程中将重物加到压力传感器上,压力传感器弹性元件由于外部压力产生变形,带动弹性元件上的电阻应变片阻值发生变化,通过电桥将电阻的变化值转变为电压的变化值,为消除外界温度变化的影响特别加入温度补偿电路,将转变后的微小电压信号通过信号放大电路后通入MSP430单片机自带的A/D转换器,通过运算在液晶屏幕上进行显示。
2.压力传感器信号采集电路
2.1 压力传感器
本系统压力传感器采用4个弹性元件内壁粘贴电阻应变片组成,采用全桥的工作方式组成惠斯登电桥,当加入重物后弹性体承受载荷产生变形时,使内壁粘贴的电阻应变片随之发生变形,电阻应变片电阻值发生变化,通过惠斯登电桥将电阻的变化值变为电压的变化值。为了提高系统的精确度,我们选用L-PSIII型压力传感器,
该传感器最大量程为20Kg,在量程范围内精度达到0.01%,满量程时误差为±0.002Kg。
2.2 放大电路
从惠斯登电桥输出的电压信号为毫伏级,必须经过放大到伏特级才能输入A/D转换器,由于输入信号特别小,容易受到外界的干扰,要求运放必须具有高输入阻抗、低输出阻抗、温漂小的特点。我们选用LM324作为运放芯片,前端利用两个电压跟随器组成差动放大电路进行前级放大,差动放大电路具有输入阻抗高、抗干扰能力强的特点有效提高系统的精度。放大电路中间级进行信号放大,加入一个可变电阻用来调节零点漂移,将信号放大到需要的的量程。最后输出级采用反向比例运算放大电路,采用电压反馈进一步降低输出电路,在反馈电路串联一个小可变电阻可以微调输出放大倍数,使之满足系统需求。
2.3 A/D转换
压力传感器信号经过转换放大后,需要再经过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号才能被单片机识别。对于电子称来说对A/D转换器的转换速度要求太高,精度采用16位的A/D就能够满足系统的要求,我们选择使用MSP430单片机自带的16位A/D转换功能,不仅能够满足系统的要求,而且不用再增加专门的A/D转换电路,节约了系统的成本。
3.软件系统设计
软件部分采用单片机C语言进行编程,软件流程图如图2所示,单片机首先上电初始化,自动校准压力传感器,开IT0和IT1中断,读取A/D转换器寄存器数据,根据单片机外部存储器中的价格计算金额和总价,当购买多件商品时,可以将每种商品的价格全部保存到购物清单中,并且将所有产品的价格进行累加,得出购买商品的总金额。由于MSP430单片机系统资源丰富,还有很多空余的引脚,可以方便的扩展其应用。
4.结语
本系统采用TI公司开发的MSP430超低功耗芯片作为控制核心,使用18650型电池作为供电电源,程序设计上也尽量使用低功耗模式,工作时间达到40小时,能够满足大多数户外使用的的要求。使用MSP430单片机自带的16位A/D转换器,测量精度达到1g,最大量程100Kg,可以精准的对各种商品进行测量,另外还具有寿命长、价格低等优点。
