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【TI博客大赛】基于MSP430单片机的称重系统的设计

目前,称重系统的应用越开越多,比如汽车动态称重应用,便携式称重系统应用等。本文讨论一种基于MSP430F42X单片机实现的称重系统。

一般来说,设计称重等测量系统时,将采用全桥接电阻传感器来进行测量。但由于大多数的桥接传感器都要求有较高的激励电压(通常为10V)输入,但却只能输出较低的满量程差分电压,约为2mV/V,因此传感器的输出通常需要放大器加以放大,经过放大后的信号再由高精度模数转换器(ADC)进行数字化,最后再由一个通用的MCU作进一步显示与处理。这样的系统不仅功耗比较大,而且使用的芯片数量比较多。由于TI公司生产的MSP430F42X芯片中集成带有差分输入的16位A/D模块(SD16),并且该模块还自带增益高达32位的可编程增益放大器(PGA),因此可以实现单芯片的称重系统。本文介绍采用MSP430F427单片机实现的称重系统,如下图1为系统的原理框图:

 

图1(原理框图)

下面介绍具体的电路设计。

一、硬件电路的设计

由上图1可以看出,整个系统的硬件包括全桥传感器电路、单片机电路和电源电路,由于电源电路以前已经介绍,在此不作详细解说。

1、全桥传感器电路

在称重、测力等压力测量系统中,采用全桥传感器的方法比较多。全桥传感器是基于电阻应变式传感器实现的,其4个桥臂都可以分别看成等效的电阻,如图2所示。

 

 

图2(全桥传感器电路)

当R1*R4=R2*R3时,满足电桥平衡条件,这时的输出电压U0为0。

在应用中,桥臂一般是由金属材料制成的,当受到压力或者拉伸时,材料就会变形,这样就会引起电阻的变化,当4个桥臂都发生变化时,就叫全桥电路。

下面是全桥传感器的电路图,如图3:

 

 

图3(全桥传感器的电路图)

 

在上面的图中,传感器的负电压端直接接地,正电压端接激励电压,在本系统中,通过单片机提供激励电压。由于采用这样的方法在测量期间,或在电子称工作于待机状态的情况下,就可以不用为电桥提供激励电压,从而降低功耗。传感器的电桥电阻为1200欧姆(典型值),电源电压为3V,激励状态下耗电2.5mA。传感器的2个输出端分别于单片机的A0+和A0-链接,从而实现电压的测量。

2、单片机电路设计

单片机电路需要采集来自全桥传感器的电压信号,还需要为全桥传感器提供激励电压,如图4所示:

图4(单片机电路)

 

在图4中,单片机的A0+和A0-分别于全桥传感器的2个输出端进行连接。单片机通过P2.0管脚和P2.1管脚实现为全桥传感器提供激励电压。此外,为了减小电压纹波的影响,需要在电源管脚处增加滤波电容。

二、软件设计

本系统的软件主要实现A/D数据的采集,包括初始化程序和测量程序。

您可以由此下载本系统的测试程序源代码:

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