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分享一款基于HY16F198单片机制作的电子秤的设计原理及源码

工程师
2019-11-04 16:58:30     打赏


电子化秤重在生活中,已逐渐取代传统弹簧、天平等量测工具,例如电子计价秤、电子体重秤等。设计电子秤产品主要的组件有:传感器、ADC和MCU单芯片。本文所设计的电子秤就是利用压力传感器(Load Cell)将压力物理量转换为电压讯号,再将电压转换为数字显示出来。由于电压为 比量,所以要用ADC将它转换为数字信号。此时也需要MCU单芯片来控制电子秤主板上的讯号处理与显示功能。


    纮康HY16F198控制芯片内建高精密SD 24 Bit ADC、可程序放大PGA和多段式稳压输出等功能,可以很大幅简化PCB周边线路。具有高分辨率、高分辨率、低温漂的SD24 AD转换器, 可以精准完成由 比到数字的转换。虽然输出速率不是非常高,但用于像电子秤这种对于转换速率要求不高的产品,是没有问题的。


原理说明

Load Cell 的原理是在铝制的棒上面贴上一片由桥式电阻所组成的应变仪,即惠斯顿电桥,如下图 所示。因为电桥上的 4 个电阻(阻值相同),所以当有电压施加在 VIN+与 VIN-两端时 V+ = V-,即电桥达到了平衡。

 

    此ΔR 的变化量产生在讯号两端的电压变化为:

        

分辨率分为外部分辨率和内部分辨率,外部分辨率为 Load Cell 满量程的输出电压值与 需要识别的最小重量引起的电压值之比,最小重量可以定义为 1g、0.5g、0.1g 等。 内部分辨率是衡量电子秤等级的一个重要指针。一般我们以目视法认定的内部分辨率通常是 指我们经软件处理后LCD 显示只有 1 格滚动时,此时满量程的格数就是内部分辨率,其 1 格所代表的讯号约为 2~3 倍 RMS Noise。


内外分辨率之比越小,电子秤精度越高,但内外分辨率之比是有限制的。比如 Load Cell满量程压差为 3mV,要做到 3000 Count,内外比为 1:10 的电子秤,如果不经过信号放大,那最小要处理的信号为 3mV/(3000X10)=0.1µV。而 SD24 所能处理的最小信号值大约为 65nV,所以假如内外比再减小的话将产生使 ADC 不能识别的信号。如果使用 OPAMP 的话 则会增加成本。所以内外分辨率之比要稳定在一定范围内。


芯片 ADC 性能能否达到规格要求,通常是以 RMS Noise 来推算外部是否稳定内部分辨率比值。对于开发电子秤产品而言,使用 HY16F198 芯片其所能达到的最大内部分辨率的瓶颈在于 Input RMS Noise 而不在于 ADC 的分辨率。 HY16F198 的 ADC 待测信号在由 PGA、 AD 倍率调整器的放大后(PGA=32,ADGN=4),经 OSR=32768 每秒输出 10 笔 ADC 值的 条件下,其 Input RMS Noise 约为 65nV,但由于其 Input Noise 主要由 Thermal Noise 组成, 所以如果我们透过平均的软件处理是可以再将 Input Noise 进一步降低。如果我们使用 8 笔的软件平均处理其 Input RMS Noise 约为 40nV,3 倍 RMS Noise 代表约 1 格的滚动,即为 120nV。在使用 2.4V Load Cell 驱动电压,1mV/V 的 Load Cell,满量程时压差可达2.4mV,所以在此情形下我们可以得到 20000 Counts 的内部分辨率。


单片机简介:HY16F 系列 32 位元高性能 Flash 单片机(HY16F198)

 

(1)采用最新 Andes 32 位 CPU 核心 N801 处理器。(2)电压操作范围 2.4~3.6V,以及-40℃~85℃工作温度范围。(3)支持外部 20MHz 石英震荡器或内部16MHz 高精度 RC 震荡器,拥有多种 CPU 工作频率切换选择,可让使用者达到最佳省电规划。(3.1)运行模式 350uA@2MHz/2(3.2)待机模式 10uA@32KHz/2(3.3)休眠模式 2.5uA(4)程序内存 64KBytes Flash ROM(5)数据存储器 08KBytes SRAM。(6)拥有 BOR and WDT 功能,可防止 CPU 死机。(7)24-bit 高精准度ΣΔADC 比数位转换器(7.1)内置 PGA (Programmable Gain Amplifier)最高可达 128 倍放大。(7.2)内置温度传感器 TPS。(8)超低输入噪声运算放大器OPAMP。(9)16-bit Timer A(10)16-bit Timer B/ Timer B2 模块具 PWM 波形产生功能(11)16-bit Timer C 模块具数字 Capture/Compare 功能(12)硬件串行通讯 SPI 模块(13)硬件串行通讯 I2C 模块(14)硬件串行通讯 UART/UART2 模块(15)硬件 RTC 时钟功能模块(16)硬件 Touch KEY 功能模块(17)硬件 LCD Driver 4 X 36, 6X34



相关资料下载:  APD-HY16F013_V03.zip





关键词: HY16F198     电子秤     PGA     LCD    

高工
2019-11-04 22:22:30     打赏
2楼

谢谢分享的资料


工程师
2019-11-04 22:47:12     打赏
3楼

挺详细的,很棒!


工程师
2019-11-04 22:49:43     打赏
4楼

极好的资料参考!谢谢!

我正好在做电子秤方面的设计!


工程师
2019-11-04 22:56:46     打赏
5楼

 电子秤越来越先进了!

32 位元高性能 Flash 单片机(HY16F198)。。。

顺便,问下,该IC的参考价格是? 我看它内置的24bit ADC 不错


助工
2019-11-05 10:31:07     打赏
6楼

图裂了,补一下吧


助工
2019-11-05 22:11:07     打赏
7楼

希望补充一下图片


工程师
2019-11-06 22:06:01     打赏
8楼

分享的资料很宝贵


菜鸟
2020-04-10 09:38:48     打赏
9楼
这电子秤资料正是需要的,谢谢群主分享

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