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基于STM32的智能称重系统

作者：姚广芹张岐磊

来源：《中国科技纵横》2017年第07期

摘要：本设计是以STM32F103RBT6单片机为控制器，电阻应变片为传感器，通过24位

并集成放大的CS5530进行模数转换，配以NOKIA5110液晶显示和键盘等部分组成，该称重

系统能实现自动称重、计价累计、去皮等主要功能，具有计量准确、快速方便、误差小、数字

显示等优点。

关键词：STM32；应变片；CS5530；液晶

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1671-2064（2017）07-0041-02

方案论证1

总1.1体方案论证

本设计硬件电路由控制器，称重传感器模块，AD转换模块，键盘和显示模块组成，结构

框图如图1所示。

称重传感器部分电1.2路

称重传感器部分采用电阻式应变片，其工作原理是基于材料的电阻应变效应。电阻应变片

把机械应变信号转换为ΔR/R后，由于应变量及相应的电阻变化一般都很小，难以测量且不便

处理，因此要采用转换电路把应变片的ΔR/R变化转化成电压或者电流变化，常用的转换电路

为直流测量电桥。

直流电桥特点是信号不受元件和导线的分布电感和电容的影响，抗干扰能力强，电桥调节

平衡电路简单，直流电源（+5V）在系统中比较方便。直流电桥输出的信号较小，有必要做放

大处理。

信1.3号处理部分

由于直流电桥输出的电压信号只有0-30mV，所以需要用高增益、高稳定性的放大器进行

放大，再经过AD转换后送给单片机。

选用放大电路与AD转换集成的芯片，可以简化硬件电路，提高抗干扰能力和精度。

CS5530是高度集成的ΔΣ模数转换器，运用电荷平衡技术，性能达24位，非常适合称重衡

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器、过程控制、科学和医疗应用领域的单极性或双极性小信号测量。内部集成64倍放大器、

数字滤波器、可选的50/60Hz频率抑制以及40倍的可控增益等信号调理电路。

键盘和显示部分1.4

按键采用4*4矩阵按键，功能丰富，节约端口。液晶显示功耗低，界面清晰，显示信息丰

富，NOKIA5110采用串行通信，接口电路简单，字符汉字均能显示，速度快，具有掉电模

式，适合便携式的设备。

控制芯片1.5

选择STM32系列，32位机，高性能，低功耗，速度快，集成化高，接口简单。

理论分析与计算2

本设计测量电路采用直流电桥，具体测量方式分为单臂、半桥、全桥三种，灵敏度最高的

是全桥电路，电路如图2。

当电桥平衡时，，所以。

全桥差动测量时，在四个桥臂上均放置350欧应变片，相对应变片应变相同，相邻应变片

应变相反，其灵敏度系数较高，同时具有抑制温漂等优点。

硬件3电路设计

本系统的硬件部分主要包括电源、单片机、称重传感器、键盘和显示等组成。主要单元电

路设计如下：

单片机及电源模3.1块的设计

本系统中单片机采用STM32F103RBT6，属于“增强型”，时钟频率最高达72MHZ，内含

128Kflash，32KRAM，性能优越。

STM32单片机需要直流3.3V电源，称重传感器电路需要直流5V电源，电路如图3。

称重3.2部分信号处理电路

将左右两边四个电阻应变片接成全桥，四个接口接到CS5530上进行信号处理，AD转换

如图4所示。称重电路的电源是5V，STM32单片机的电源是3.3V，用ADuM1401作电平转

换。电平转换电路如图5。

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键盘及显示电路3.3

键盘采用4*4矩阵按键，16个按键功能如下：

数字键0-9——修改单价*、#组合键——校准

键——A清零B键——去皮C键——金额累加

键——D显示总金额

显示电路采用NO