高精度的電子秤在實(shí)驗(yàn)室等需要精確測(cè)量的場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。實(shí)現(xiàn)高精度電子秤的技術(shù)要點(diǎn)主要有三 個(gè)方面：準(zhǔn)確采集信號(hào)、精確量化以及低噪準(zhǔn)確的供電系統(tǒng)。從以上三個(gè)方面并結(jié)合基于AD7191的高精度電子秤設(shè)計(jì)實(shí)例具體分析。

1.電子秤基本原理

電子秤是一種常用的測(cè)量器具,與普通稱量器具相比,數(shù) 字電子秤具有精度高、性能穩(wěn)定、測(cè)量準(zhǔn)確、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)字電子秤通過傳感器件將待測(cè)物體的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成 模擬的電信號(hào)，放大后再通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào),然后把數(shù)字信號(hào)送到CPU進(jìn)行計(jì)算處理,最后由 CPU輸送到顯示電路中去，由顯示器顯示出測(cè)量結(jié)果。

2.實(shí)現(xiàn)高精度的技術(shù)要點(diǎn)

2.1信號(hào)的準(zhǔn)確采集

要實(shí)現(xiàn)高精度的電子秤，首先要保證數(shù)據(jù)的原始采集部 分能夠精確感知重IS的微小變化并精確傳感。傳感電路的核 心是稱重傳感器。

因前最常用的稱重傳感器類型還是電阻式傳感器件，電 阻式稱重傳感器主耍由彈性體、電阻應(yīng)變片組成，內(nèi)部線路采 用惠更斯電橋,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便，同時(shí)具有成本低廉、精度 高、測(cè)量范圍較大的顯著優(yōu)點(diǎn)。

需要注意的選樣的傳感器精度等級(jí)一定耍滿足設(shè)計(jì) 要求的精度所譎。其次，在使用時(shí)一定耍仔細(xì)査看傳感器的 最大量程、極限承載質(zhì)M和保護(hù)等級(jí),避免使用不當(dāng)致使傳感 器損壞。

2.2精確量化

在精確量化的過程中包括兩個(gè)部分：放大和量化。傳感 器采集的電信號(hào)一般都十分微弱，例如靈敏度為2.0 mV/V、激 勵(lì)電壓為5V、量程5kg的傳感器在滿量程時(shí)輸出漢為10mv, 那么扣對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓就太小，所以必須經(jīng)過低噪聲 放大后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。通常采用的方式是在信號(hào)輸出后加 PGA (可編程放大器)或者INA (儀表運(yùn)算放大器）。

同時(shí)，在A/D轉(zhuǎn)換過程中需要根據(jù)精度來選擇A/D轉(zhuǎn)換 的芯片。但需注意，在A/D芯片的選擇過程中我們必須留有 一定的冗余。例如’ 設(shè)計(jì)一臺(tái)量程為5kg、汁數(shù)為1:10000的 電子秤，分辨率為0.5g,那么似乎選擇一片14或是16位的A/ D芯片則足以滿足耍求。但事實(shí)并非如此,通常所指的精度往 往是外部精度,但在達(dá)到扣應(yīng)外部精度的要求下，根椐有關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)的說明，必須保證20倍的內(nèi)部精度耍求。除此之外，ADC 還需有3-4倍的內(nèi)部it數(shù)精度才能滿足性能耍求。那么我 們可以知逍上述的電子秤在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)必須保證1:800000的 精度要求，即19或足20位的A/D才能滿足設(shè)汁要求。

2.3低嗓的電源系統(tǒng)

低噪聲的電源對(duì)一個(gè)精密測(cè)量的系統(tǒng)來講是必不可少的， 但這又恰恰是容易忽略的。要想達(dá)到上述的兩個(gè)技術(shù)要點(diǎn)， 一個(gè)低噪聲的電源系統(tǒng)是基礎(chǔ)。因?yàn)槿绻到y(tǒng)本身存在很強(qiáng) 的噪聲，那不論多么結(jié)準(zhǔn)的放大和量化都將是毫無意義的。由 于電源或接地層上的任何噪聲都會(huì)給系統(tǒng)帶來噪聲，導(dǎo)致電 路性能降低，因此必須用低噪聲穩(wěn)壓器產(chǎn)生供給數(shù)模轉(zhuǎn)化器 和稱重傳感器的全部電源。這一點(diǎn)通常可以考慮采用高端的 線性電源芯片加濾波電路來實(shí)現(xiàn)，而通常電子制作中所用的 LM系列等芯片則很難滿足要求。

3.設(shè)計(jì)實(shí)例分析

基于以上理論分析,可以知道,一款高精度的電子秤設(shè)汁 必須把握住放大、A/D轉(zhuǎn)換和電源這三部分，然后選擇一款合 適的傳感器即可。

下面介紹一款基于TI公司MSP430單片機(jī)和AD公司的 AD7191模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的高精度電子秤設(shè)汁方案。AD7191是 一款引腳可編程、低噪聲、低漂移24位:E-A模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC), 內(nèi)置PGA,因此不再需要單獨(dú)的放大器,簡(jiǎn)化了電子秤設(shè)計(jì)。 如果選擇一款靈敏度為2mV/V的5Kg稱重傳感器,則當(dāng)激勵(lì) 為5V時(shí)，來自傳感器的滿量程信號(hào)為10mV。當(dāng)輸出數(shù)據(jù)速 率為10IL時(shí),AD7191的均方根噪聲為15nV,噪聲的峰峰值 為 6.6xl5MV。

即實(shí)際使用過程中，24位ADC僅有I6.6bits的無噪聲分辨率。

在電源芯片的選擇上，我們選擇了 AD公司的數(shù)字電源芯 片ADP3303系列3.3V和5V各一片。3.3V用于給微控制器 和AD7191數(shù)字電源端供電，5V電源用于傳感器和AD7191 模擬端供電。ADP3303在室溫條件下其可達(dá)到:±O.8%的出色 精度，溫度、線路和負(fù)載調(diào)節(jié)的整體精度±1.4%。同時(shí)，按照 ADP3303數(shù)據(jù)手冊(cè)的建議，在穩(wěn)壓器輸出端配備簡(jiǎn)單的降噪 電容即可獲得滿意的輸出效果。

該設(shè)汁具有昆著優(yōu)點(diǎn)。一方面，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)汁全部采用 貼片式芯片，便于集成。另一方面,該設(shè)汁全部采用低功耗器 件，AD7191還可以對(duì)傳感器進(jìn)行電源管理，大大降低系統(tǒng)整 體的功耗,增強(qiáng)了電池供電情況下的工作能力。