基于AT89C51和HX711的数字显示称重仪的硬件电路设计

本文设计的数显称重仪是基于电阻应变式传感器、以单片机为控制核心的称重控制显示系统，测量范围为0－10ｋｇ，测量精度±2ｇ，液晶屏显示测量数据，同时可将多次测量数据通过串口送计算机显示。该系统具有精度高、性能稳定、操作简便等特点。称重仪设计框图如下图1所示：

图1  称重仪设计框图

1、硬件电路设计

1．1、称重传感器

电阻应变式称重传感器由电阻应变片、弹性体和检测电路等几个主要部分组成。弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

检测电路如图2所示，将电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便地解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。

图2  惠斯登电桥构成的检测电路

称重传感器一般有输入输出共四根线，输出电阻一般为350Ω、480Ω、700Ω、1000Ω，输入端一般会进行一些温度、灵敏度的补偿，输入端电阻会比输出端高20～100Ω，因此用万用表量一下电阻值可以判断出输入输出端子。

1．2、放大电路

应变式称重传感器输出信号幅度很小（ｍV甚至μV量级），且常常伴随有较大的噪声。对于这样的信号，电路处理的第一步通常是采用仪表放大器先将小信号放大。仪表放大器电路比简单的差分放大电路具有更好的共模抑制能力。放大的最主要目的不是增益，而是提高电路的信噪比。本设计中仪表放大器采用了OP07三运放的结构。如图3所示。

当R1＝R2，R3＝R4，Rｆ＝R5，电路的增益为：Ｇ＝（1＋2R1／RＧ1）（Rｆ／R3）。由公式可见，电路增益的调节可以通过改变RＧ1阻值实现。

图3  仪表放大电路

1．3、A／D转换电路

A／D转换器采用电子秤专用芯片HX711，这是一款专为高精度电子秤而设计的24位A／D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路。

输入选择开关可任意选取通道A或通道Ｂ，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或６4，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20ｍV或±40ｍV。通道Ｂ则为固定的32增益，所对应的满量程差分输入电压为±80ｍV。通道Ｂ应用于包括电池在内的系统参数检测。本设计将仪表放大器输出接至通道A模拟差分输入端，如下图4所示。

图4 HX711应用电路

1．4、单片机及接口电路

单片机采用AT89C51芯片，与按键、液晶、计算机接口电路如图5所示。HX711串口通讯线接至单片机P1．0、P1．1口。经单片机处理后，将称重数据送液晶显示。同时将多次测量数据通过串口送计算机显示。

图5 单片机接口电路