【精品博文2016全国电子设计比赛“简易电子秤”的设计】

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今年暑假参加了电子设计比赛，4天3夜(2016/7/25—7/29)选了个电子秤，所以想说说一点心得分享一下。秤可以测量，用了滤波和一个线性的方程。

硬件部分主要焊接4个电阻应变片搭建一个全桥电路，然后经过放大器，将电压信号放大，HX711拥有一个24位 AD 来采集电压值，经过数字量与重量值得转换（拟合方程），得到最终的真实重量值。

介绍一下电阻应变片，就是可以发生形变的电阻，电阻值改变电压或者电流就可以改变。（图一）

（图一电阻应变片）

然后就是利用这个电阻应变片搭建电路来测受力后发生的形变量，那为什么搭建全桥电路呢？

应变式传感器常用的测量电路有单臂电桥、差动半桥和差动全桥，其中差动全桥可提高电桥的灵敏度，消除电桥的非线性误差，并可消除温度误差等共模干扰。

一般在测量中都使用4片应变片组成差动全桥，本设计所采用的传感器就是全桥测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U，另一个对角线位输出电压U0。当四个桥臂电阻达到相应关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。应变电阻作为桥臂电阻接在电桥电路中。无压力时，电桥平衡，输出电压为零；有压力时，电桥的桥臂电阻值发生变化，电桥失去平衡。全桥测量电路中，将受力性质相同的两片应变片接入电桥对边。其输出灵敏度比半桥提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到了改善。

（图2 放置位置）

（图 3 全桥电路）

然后将采集信号放大，AD转换，用了HX711.

HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。所有控制信号由管脚驱动，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，通道B则为固定的64增益，用于系统参数检测。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A/D转换器提供电源，芯片内的时钟振荡器不需要任何外接部件.

(图4 HX711)

然后对数据的处理采用了一种滤波方式，也算是自己改编的滤波方式，所谓滤波就是求平均值，让数值稳定下来。采用了一种滑动滤波，先进先出的原则，数据比较平滑。

看这个算法，先看看我以前的一道C语言题吧！

就是8个评委打分，去掉一个最低和一个最高分，其余求平均值。aver = (sum – a[max]-a[min])/6

所以就采用了这种思想。然后将最后一个数组元素值赋值给前一个元素值。a[i]=a[i+1]

递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）

把连续取得的N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，

每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据（先进先出原则），

把队列中的N个数据进行算术平均运算，获得新的滤波结果。

N值的选取：流量，N=12；压力，N=4；液面，N=4-12；温度，N=1-4。

优点：

对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高；

适用于高频振荡的系统。

缺点：

灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差；

不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差；

不适用于脉冲干扰比较严重的场合；

比较浪费RAM。

while(1) { float filter_sum = 0; float sum =0 ; int i; sum = Read_HX711; sum = sum/1000; filter_buf[FILTER_N] = sum; for(i = 0; i < FILTER_N; i++) { filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; if(filter_buf[i]>filter_buf[max]) { max = i; } if(filter_buf[i]<filter_buf[min]) { min = i; } filter_sum += filter_buf[i]; } filter_sum = filter_sum – filter_buf[max] – filter_buf[min]; sum = filter_sum / FILTER_N-2 ;

最后是自己做一下拟合方程，将数字量转成重量。

可以用matlab,我们不会就没用(＞﹏＜)

根据电阻应变片的形变量（数字量）与所放标准砝码存在一定的线性比例关系。当未放任何物品时，电阻应变片的形变数字量为262.5,也就是形变量的漂移差值，然后根据50g、100g、150g所放砝码产生的形变量的差值，得出一元一次方程并呈现上升的趋势，所得线性方程为

sum = (sum*(50/16.3) -((2619*5)/16.3))。

做了滤波数据还是比较稳定的，就是6g左右误差为1左右，50g以上误差0.5以内。

设计照片留念：