基于HX711数显称重仪的设计

王小娟

（无锡商业职业技术学院物联网学院，江苏无锡 214153）

基于HX711数显称重仪的设计

王小娟

（无锡商业职业技术学院物联网学院，江苏无锡 214153）

利用应变式传感器、HX711、AT89C51模块来设计数显称重仪，介绍了称重仪的设计方案以及实施过程中应注意的问题。

电阻应变式称重传感器；仪表放大电路；电子秤专用芯片HX711；单片机

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：

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。

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。

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。

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。

2 软件设计

称重仪的程序主要包括主程序、A／D转换子程序、液晶显示子程序以及串口通讯子程序。其中A／D转换子程序尤为重要，选择不同的输入通道和增益，对应的程序也不同，选择A通道，增益为128的程序如下。

3 电路实施中应注意的问题

（1）检测传感器的输入输出特性往往只在一定范围内近似线性，而在有些范围内明显呈非线性。因此需要准备大量的测试数据，以备软件进行分段处理。

（2）本次称重传感器的最大输出信号仅为4mV左右，而我们采用的仪表放大电路是由三运放及电阻、电位器构成，运放选择、电阻阻值的精度、PCB布线等因素都会比集成仪表放大器产生更大的失调电压漂移误差，因此必须在软件硬件实施中采取措施减少误差。

4 结 语

对于电类专业学生来说，寻找一个合适的综合实训项目，作为课程教学与今后职业岗位之间的桥梁，数显称重仪不失为一个典型案例。上述电路只需更改前面的传感器，即可实现测温、测电压、测电流等其它功能，适用性强。

1 何立民.单片机应用技术选编（8）［M］.北京.北京航空航天大学出版社，2000：240－255.

Designing of a Digital Display Weighing Instrument based on HX711

WANG Xiao－juan
（Wuxi Institute of Commerce，Wuxi 214153，China）

The strain sensor，HX711，AT89C51module is used in the designing of a digital weighing instrument.This essay introduces the designing scheme of this weighing instrument，and points out the problems in the implementation process.

resistance strain weighing sensor；instrumentation amplifier circuit；the electronic scale chip HX711；single chip microcomputer

TM54

A

1671－8100（2015）01－0036－03

（责任编辑：谭银元）

王小娟，女，副教授，主要从事电子与电气应用方面的教学和科研工作。