2016年广西区TI杯电子设计竞赛设计报告.doc

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1、2016年广西区TI杯电子设计竞赛G题：简易电子秤赛区编号：3322016年7月27日摘要本小组设计出以STM32F103RBT6为控制核心的电子称系统。该系统由控制模块、应变片称重传感器、HX711AD模块、OLED显示模块及电源稳压组成。通过HX711采集应变片传感器的AD值，实现质量的转换，从而达到称重的目的。该系统还可以设置单价，计算物品的金额并实现金额的累加，且具有去皮功能。误差在范围内，完全可以满足题目的要求。关键词：应变片、STM32、HX711目录1任务及要求12总体方案12.1单片机主控芯片的选择与论证12.2AD模块的选择与论证12.3应变片的选择23传感器设

2、计23.1设计方案的确定23.2工作原理设计23.3误差分析33.4最后的测量方案的确定33.5参数计算33.6机械结构图44硬件电路设计54.1硬件系统总体结构框图54.2测量电路设计54.3电源电路设计75软件设计95.1程序功能描述与设计思路95.3程序功能调试106测试方案与测试结果11附录1：主控电路原理图12附录2：HX711模块原理图13附录3：程序14简易电子秤（G题）1任务及要求设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤，电子秤的结构如右图所示。如右图1所示，铁质悬臂梁固定在支架上，支架高度不大于40cm，支架及秤盘的形状与材质不限。悬臂梁上粘贴电阻应变

3、片作为称重传感器。（1）电子秤可以数字显示被称物体的重量，单位克（g）；（2）电子秤称重范围5.00g~500g；重量小于50g，称重误差小于0.5g；重量在50g及以上，称重误差小于1g；图1（3）电子秤可以设置单价（元/克），可计算物品金额并实现金额累加；（4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过100g；（5）在第（2）条误差前提下，进一步扩大称重范围；（6）其他。（5分）2总体方案本系统主要由STM32单片机主控模块、电阻应变片、HX711AD模块、电源模块组成，OLED显示模块构成。2.1单片机主控芯片的选择与论证方案一：AT89或STC89系列芯片。这两种系列芯片，使用

4、广泛，控制简单，但是外设，如定时器，PWM等资源较少，I/O口数量不多，储存容量小，难以实现复杂算法。方案二：STC12或STC15系列芯片。这两种芯片相对于方案一来说，外设有所增加，但是两种芯片对于我们队来说不那么熟悉，平时几乎没有用过。方案三：STM32F103系列芯片。该系列芯片基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核，具有一流的外设，程序模块化，最大程度的集成整合，易于开发，非常适合这次比赛的使用。综合以上三种方案，选择方案三。2.2AD模块的选择与论证方案一：STM32F103RBT6自带有12位AD，由于传感器非常灵敏，经过

5、测试12位AD达不到所要称重要求，精度不够。方案二：HX71124位AD模块，它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，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点，同时，24位AD也很好的满足了题目的要求，精度完全满足。综合以上两种方案，选择方案二。2.3应变片的选择在本次比赛中我们经过老师的指导，选择了BF350-3GB和BF350-2GB两种应变片来制作传感器。把这两个应变计印刷在一个基底上时，一致性好，另外，方便粘贴和焊接，结构紧凑。3传感器设计3.1设计方案的确定

6、题目给定是电阻应变片式称重，所以本设计重点在以弹性元件作为敏感元件，为了使力的作用点不受限制，本方案选用等强度梁做敏感元件，为了使输处信号增大，选用半导体应变片做转换元件，并选用电桥作测量电路，其设计方案组成的框图如图2。图23.2工作原理设计1)等强度梁工作原理设计等强度梁的结构如图3所示。由力学原理，应变为式中W--------被称重量；h---------量厚度；b0---------梁梯形底长度；图3l---------力作用臂长度;2）半导体应变片工作原理由教材的推导半导体应变片的工作原理知方程式为令S0=（灵敏度系数），则3)测量电桥工作原理设计四个桥臂同时工作的直流

7、电桥如图4所示图4当取时，略去分母中得3.3误差分析由以上各环节工作原理可见（1）等强度原理工作原理公式和半导体电阻应变片的工作原理公式是线性的，所以不存在原理式误差，只存在温度误差。（2）而测量电桥的工作原理公式，即有非线性误差，也有温度误差影响测量结果。3.4最后的测量方案的确定由以上误差分析可知：为了消除非线性误差和温度误差对测量结果的影响，最后确定所设计的称重电阻应变式传感器采用差动电桥测量方案组成，其组成框图如图1所示，图中的等强度梁与半导体应变计，都是相同的，只不过它