快速称重装置

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇快速称重装置范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要: 本设计以MSP430和称重传感器为核心,设计一个称重装置。用 MSP430为主控芯片,控制A/D转换器、液晶显示屏、按键等模块,实现快速称重、系统校准等功能。快速称重是本设计的一大特点。

Abstract: We design a quick weighing device with the MSP430 system and loadcell. The A/D convert, the LCD and the keyboard are controlled by the MSP430 system. In this way, we can achieve many functions like quick weighing and system calibration. What’s more, quick weighing is a great characteristic of our design.

关键词: 快速称重;信号放大;低功耗

Key words: quick weighing;signal amplification;low power consumption

中图分类号:TH715文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)20-0140-02

1设计要求

设计一个快速称重装置,要求称重量程为0~500g、测量误差≤1%、测量时间≤1s、自动锁定测量结果;并且为了使称重装置能够在不同地区、不同场合使用,还要有调零和校准的功能。为了能够达到节能的效果,要求设计尽量低功耗。

2设计思想及方案论证

为了要达到项目所提出的要求,我们采用如下的设计:

2.1 为了达到快速测量与低功耗,本设计采用MSP430单片机能够很好地达到此要求。

MSP430 单片机是一种超低功耗微控制器系统,能够实现最大化的代码效率,唤醒时间(低功率模式唤醒到运行模式所用时间)小于6us 。MSP430系统具有一种活动模式和五种软件可选的低功耗运行模式。一个中断事件可以将芯片从五种低功耗模式中的任何一种唤醒,为请求服务并在从中断程序返回时恢复低功耗模式。[1]

因此,本设计选用MSP430 系统作为核心控制芯片。

2.2 信号采集为了采集物体重量参数,需要用称重传感器将重量信号或压力信号转换成电量信号。其内部采用电桥电路。

由于运动中的物体存在加速度,所以测量存在误差,需要使用加速度传感器将测量过程中物体的加速度信号采集。MMA7455加速度传感器是XYZ轴(±2g, ±4g, ±8g)三轴加速度传感器[注:1g=9.807m/s2]。可以实现基于运动的功能,如倾斜滚动、游戏控制、按键静音和手持终端的自由落体硬盘驱动保护,门限检测和点击检测功能等,具有更高的封装高度,但价格却更低。提供I2C和SPI接口,方便与MCU的通讯。

综上,我们选用MMA7455加速度传感器和称重传感器采集信号。

2.3 显示方面,由于短信中含有汉字、字符、数字等,所以选用内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形,能够显示汉字、字符、时间等的12864作为液晶显示模块。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互界面。另外低电压、低功耗也是12864液晶显示模块的一个显著特点,能够进一步起到节能的效果。

2.4 放大电路由于采集得的重力电信号较微弱,需要加一个前置放大器。

AD620易于使用:增益通过一个外部电阻设置(增益范围为1~10,000),宽电源电压范围(±2.3V~±18V),性能高于3运放分立仪表放大器设计,采用8引脚DIP和SOIC封装,低功耗,最大工作电流1.3mA。

AD620有着出色的直流性能(B级):输入失调电压最大为50uV,输入失调漂移最大为0.6uv/°C,输入偏置电流最大为1nA,共模抑制比最小为100dB。

AD620低噪声:输入电压噪声为9 nV/√Hz(1kHz),0.28uV峰峰值噪声(0.1Hz~10Hz)。

AD620出色的交流特性:带宽为120kHz(G=100),0.01%建立时间为15us。

所以,AD620很符合本设计要求,所以选择它来放大模拟信号。

2.5 A/D转换器

方案一:A/D采样模块――AD7705

AD7705分辨率高、动态范围广、自校准,具有两个全差分输入通道,具有16位无丢失代码,非线性度为0.003%,增益可编程(可调整范围为1~128),输出数据更新率可编程,可进行自校准和系统校准,带有三线串行接口,采用3V或5V 工作电压,功耗低。从各方面看,这是一款较适合的A/D采样模块。

方案二:msp430自带A/D模块

Ti公司的Msp430单片机自带12位A/D采样模块,控制简单,精度高,由内置电源供电。

经过比较,为了合理利用单片机的资源,并简化外部电路,在条件满足的情况下,选用单片机自带的A/D模块。

3硬件设计

根据以上论证,我们以MSP430单片机为核心,控制液晶显示模块、加速度传感器MMA7455、按键以及数据处理,利用单片机自带的A/D采集经过AD620放大的称重传感器的信号,为了便于使用系统采用5V锂电池供电。

系统原理框图如下:

4软件设计

4.1 设计程序流程软件部分采用模块化程序设计的方法,由主控制程序、液晶显示部分子程序组成。msp430单片机的精简指令集高度正交化,寄存器资源丰富,寄存器操作为单周期,有16位地址总线,直接呃存贮器到存储器访问,因此,MCU模块具有较快的处理速度和丰富的片上资源,且功耗较低。

Msp430液晶驱动模块具有显示缓存,多种扫描频率,段输出端口可以切换为通常输出端口,同时显示缓存还可以作为一般存储器,性能优良。

所以本设计选用msp430单片机进行信号处理和结果显示。

设计程序的流程图如下:

系统初始化后MSP430进入低功耗模式,当有按键时产生中断请求,中断请求会将MSP430系统从低功耗模式中唤醒,根据不同按键执行相应的操作,之后继续保持在低功耗模式。

4.2 核心技术为了实现各项功能的要求,我们在软件设计方面花费了较多的时间,现将一些核心技术作如下简介:

4.2.1 低功耗为了尽可能实现低功耗,按键操作采用中断方式,即没有中断时,MSP430系统处于低功耗模式3下,此时430的所有端口均关闭,相应的晶振端口也关闭;为了进一步实现低功耗,我们又作了相应的设置:当系统连续60秒没有任何操作时,设置显示屏自动关闭,此时系统处于低功耗状态。

4.2.2 信号处理称重传感器进行测量时,我们需要知道的是应变计受到载荷时的电阻变化。传感器采用应变计组成桥式电路(惠更斯电桥),将应变计引起的电阻变化转换成电压变化来进行测量的。

由于物体被测过程在运动,若只由压力传感器测量,结果必然存在较大误差,需要对运动过程产生的误差进行补偿。加速度传感器可以直接测得物体在被测过程中的加速度,得到一个十六进制的数值,经由传感器输出至单片机处理器,辅助压力传感器信号进行处理。

由于合理选择器件使各模拟器件处于线性工作状态,这就使数据的处理较非线性状态简单的多,使用加速度补偿重力的测量值使之更准确。

5系统界面结构框图及功能

5.1 测试方案及测试条件在条件允许情况下,用测量标准质量(砝码)的方法,通过曲线拟合的方法得到测量规律,最终可以用来进行实物测量。由于各器件处于线性工作状态,可初步判断这个规律是一次函数。

5.2 测试结果

总体来说,测量速度非常快,时间要求符合。而质量很小时误差较大,与要求并不完全符合。该称重计量程远超过500g,符合要求。由于压力传感器本身存在的数据误差,连线造成的质量误差,加速度传感器的灵敏度及阻尼误差,这些都对读数产生了一定的影响,但总的来说,误差和时间基本符合要求。

6应用前景

我们所设计的系统的优势在于:可以在很短的时间内测出物体的重量,精度高,误差在可以接受的范围内。并且在不同的场合下只需简单的调零和校准之后便可以使用,还使用锂电池供电节省能源。

系统设置的三个按键可以通过单片机控制达到自动称重的目的,使之应用于工业生产,因此,可以说我们设计的系统有着很广阔的应用前景。

参考文献:

[1]沈建华编著.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用. 清华大学出版社.