為保持電子秤的精度，提出一種針對使用電阻式應(yīng)變傳感器的電子秤校準(zhǔn)方法.使用C8051F350單片機(jī)和HAC-up 系列無線模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理，用AD8555芯片代替放大電路，且在不燒斷AD8555多晶硅熔絲的情況下實(shí)現(xiàn)校 準(zhǔn)，整個(gè)系統(tǒng)集成度高且安裝簡單.實(shí)驗(yàn)表明，整個(gè)系統(tǒng)校準(zhǔn)后可恢復(fù)為初始精度.

電子秤上的重量傳感器因存在漂移，故需要 定期校準(zhǔn).目前用于電子秤的重量傳感器主要有電 阻式與電容式2種.電阻式傳感器精度高，價(jià)格低， 應(yīng)用廣泛.文中主要對采用電阻式傳感器的電子秤校準(zhǔn)方法進(jìn)行研究.

現(xiàn)階段，有些電子秤采用軟件校準(zhǔn)的方法，往 往只能實(shí)現(xiàn)簡單的調(diào)零;有些電子秤可以對傳感器 實(shí)現(xiàn)硬件校準(zhǔn).電阻式傳感器的硬件校準(zhǔn)需要模擬 相應(yīng)電阻的阻值，采取的主要方法有1)通過繼 電器或電子開關(guān)的組合得到可變電阻;2)用數(shù)字電 位器得到可變電阻;3)使用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電位器得 到可變電阻;4)使用放大器、D/A轉(zhuǎn)換器和標(biāo)準(zhǔn)電阻 構(gòu)成電子合成電阻的方式.方法1)因串接了繼電器 而使準(zhǔn)確度下降，且電路部分體積較大;方法2)由 于串入較大的開關(guān)導(dǎo)通電阻，使得準(zhǔn)確度降低;方 法3)由于使用伺服電機(jī)，使得體積增大，采用高分 辨率的編碼器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，導(dǎo)致成本過高;方法

4)使用多種復(fù)雜的元器件，降低了電路集成度.

文中主要對電阻式傳感器的大中型電子秤采 用單片機(jī)進(jìn)行改進(jìn).使用價(jià)格低、體積小的AD8555 芯片^替代采用電子元器件實(shí)現(xiàn)的運(yùn)放電路來實(shí)現(xiàn) 硬件校準(zhǔn)，這樣可有效減少元器件數(shù)量，降低體積， 以節(jié)省成本.有些電子秤需要將秤和控制臺分離，這 樣增加了控制臺與各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的連線，文中采 用無線數(shù)據(jù)傳輸來替代硬連線，這樣可大量減少傳 感器與中心系統(tǒng)的連線，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少 因連接問題帶來的故障。

1.硬件實(shí)現(xiàn)

針對電阻式應(yīng)變傳感器，采用AD8555放大器 替代放大電路，選用集成24bitA/D轉(zhuǎn)換器的 C8051F350單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;使用微功率HAC- up系列無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;應(yīng)用C8051F060[8] 單片機(jī)接收并顯示數(shù)據(jù).系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所 示，共有8個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)對這8 個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，顯示質(zhì)量，同時(shí)主機(jī)可以對 每個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)功能.

1.1主機(jī)與節(jié)點(diǎn)組成

節(jié)點(diǎn)組成如圖2所示，傳感器輸出信號經(jīng)過AD8555放大后，傳輸給單片機(jī)C8051F350進(jìn)行A/ D轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理;處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過 無線模塊發(fā)送給主機(jī)；主機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)寫入AD8555，然后將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存.

主機(jī)總體設(shè)計(jì)如圖3所示，將運(yùn)算得到的相應(yīng) 數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上.可以操作鍵盤，將數(shù)據(jù)保存到 U盤或EEPROM，而且可通過串口與電腦進(jìn)行通信。

1.2 AD8555與單片機(jī)接口

AD8555與單片機(jī)的接口如圖4所示.單片機(jī)在 信號采集過程中，傳感器產(chǎn)生的信號送入AD8555， 放大后的信號送入C8051F350單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換和處理.在校準(zhǔn)過程中，C8051F350將 AD8555參數(shù)通過P0.0修改AD8555內(nèi)部參數(shù).本 設(shè)計(jì)中，在Klt/Digout和Vss之間連接一個(gè)10 nF夕卜部電容，可實(shí)現(xiàn)1 kHz的低通濾波器.

1.3無線模塊與單片機(jī)接口

無線模塊與單片機(jī)之間的接口如圖5所示，左 側(cè)框?yàn)榕c節(jié)點(diǎn)的接口方式，右側(cè)框?yàn)橹鳈C(jī)的接口方 式.TXD與RXD為數(shù)據(jù)通訊的端口 ； SLEEP端口是 讓HAC -up無線模塊進(jìn)入休眠狀態(tài);RESET端口是0 接口電路

重新啟動(dòng)HAC-up無線模塊..

2.校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用AD8555芯片實(shí)現(xiàn)對電子秤上的傳感器進(jìn) 行校準(zhǔn).AD8555的放大倍數(shù)可調(diào)，一旦調(diào)整好 AD8555參數(shù)就燒斷多晶硅熔絲，實(shí)現(xiàn)增益永久設(shè) 定.在此用C8051F350的內(nèi)部flash保存AD8555的 參數(shù)，不燒斷多晶硅熔絲，需要校準(zhǔn)時(shí)，通過多次調(diào) 整AD8555的放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)對傳感器的校準(zhǔn)，并在 校準(zhǔn)后刷新C8051F350的內(nèi)部flash保存AD8555 的參數(shù)

2.1AD8555的放大倍數(shù)調(diào)整

AD8555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6所示.AD8555提供了從傳感器到ADC的完整信號路徑它包括1個(gè)由 3個(gè)自動(dòng)調(diào)零放大器（A1、A2、A)構(gòu)成的儀表放大 器、用于調(diào)節(jié)2級增益的數(shù)字電位器、1個(gè)用于調(diào)節(jié) 失調(diào)的DAC、開路和短路檢測電路、1個(gè)保護(hù)控制 系統(tǒng)的輸出箝位電路和一個(gè)后備的低通濾波器.

2.2校準(zhǔn)的具體方法

校準(zhǔn)時(shí)，將測量的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的A/D轉(zhuǎn)換內(nèi)碼統(tǒng) 一成規(guī)定的校準(zhǔn)規(guī)范碼在介紹校準(zhǔn)方法之前，首先 要規(guī)范化電子秤傳感器的碼制，例如，電子秤的最大 量程為100kg，規(guī)定在電子秤上有100kg重物時(shí)， 校準(zhǔn)規(guī)范碼為200 000，這樣50 kg的校準(zhǔn)規(guī)范碼為 100 000，0 kg的校準(zhǔn)規(guī)范碼為0如果傳感器發(fā)生變 化，在100 kg的時(shí)候標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范碼不是200 000，而是 205 000調(diào)整AD8555，使其重新回到200 000，這樣 就實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)校準(zhǔn).

傳感器的電壓輸出變化曲線如圖7所示，其不是線性變化，而是呈曲線變化.這里采用分段的方法 對壓力傳感器的曲線進(jìn)行校準(zhǔn)，如圖8所示.校準(zhǔn)時(shí)，分別在傳感器的0點(diǎn)、滿量程的25%、滿量程的 50%、滿量程的75%和滿量程取點(diǎn).以零點(diǎn)為例，硬 件校準(zhǔn)順序?yàn)椋?/span>

AD8555由DIWN引腳接收來自C8051F060

的1級增益校準(zhǔn)參數(shù)，并帶入式(2)得到1級增益；

接收2級增益校準(zhǔn)參數(shù)，得到2級增益放大 倍數(shù);接收失調(diào)電壓參數(shù)，帶入式(3)得到輸出失調(diào) 電壓；

根據(jù)式(1)、(4)得到輸出電壓.

檢查A/D轉(zhuǎn)換后的輸出電壓是否滿足0點(diǎn)的 校準(zhǔn)規(guī)范碼，如果滿足，則在C8051F350的flash中 保存0點(diǎn)的1級增益、2級增益與失調(diào)電壓的參數(shù)； 否則修改參數(shù)重新執(zhí)行，直至滿足要求為止.

由以上步驟可以分別得到在傳感器的0點(diǎn)、滿 量程的25%、滿量程的50%、滿量程的75%和滿量程 的AD8555相關(guān)參數(shù).通過AD8555對傳感器輸出分 段放大，重新擬合出傳感器的曲線，實(shí)現(xiàn)硬件校準(zhǔn).

每個(gè)節(jié)點(diǎn)的校準(zhǔn)規(guī)范碼通過無線模塊傳輸給 C8051F060單片機(jī)，C8051F060單片機(jī)不需要復(fù)雜 的運(yùn)算，就可以得到質(zhì)量.例如滿量程T，滿量程對 應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范碼為S，稱重重物G，對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換 內(nèi)碼為N那么重物G的質(zhì)量為 G=T/SxN.

2.3校準(zhǔn)過程

電子秤的校準(zhǔn)要嚴(yán)格遵守校準(zhǔn)過程，否則電子 秤的測量可能會出現(xiàn)混亂.

1）校準(zhǔn)時(shí)，開機(jī)預(yù)熱20 min (使用時(shí)不需要預(yù)熱);

2）主機(jī)選擇待校準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)；

3）輸入滿量程，和滿量程的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)碼，選擇 去皮；

4）在這個(gè)節(jié)點(diǎn)放上滿量程25%的砝碼，穩(wěn)定 后，主機(jī)選擇設(shè)置功能，一段時(shí)間后主機(jī)顯示砝碼 的質(zhì)量；

5）去掉這個(gè)砝碼，主機(jī)選擇設(shè)置功能，一段時(shí) 間后主機(jī)顯示0，表示25%點(diǎn)的AD8555參數(shù)設(shè)置 成功，并保存；

6）滿量程的50%、75%、100%各點(diǎn)的AD8555參 數(shù)設(shè)置重復(fù)步驟3)、4)，校準(zhǔn)完成.

2.4軟件設(shè)計(jì)

C8051F060通過無線模塊實(shí)現(xiàn)與各個(gè)節(jié)點(diǎn)的通訊，其軟件結(jié)構(gòu)如圖9所示.系統(tǒng)軟件的模塊主要包 括系統(tǒng)控制、采樣數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示和數(shù)據(jù)庫.通過該軟件，可以顯示數(shù)據(jù)、節(jié)點(diǎn)校準(zhǔn)，設(shè)定采集端ADC 的采樣頻率和串行通訊的波特率，控制采集的開始 和停止，決定何時(shí)開始存儲數(shù)據(jù).

3.系統(tǒng)驗(yàn)證與誤差

將無線傳感器校準(zhǔn)技術(shù)應(yīng)用于量程為100 kg 的電子秤，對每個(gè)傳感器校準(zhǔn)后，取11個(gè)參考點(diǎn)， 測得的數(shù)據(jù)如表2所示。

經(jīng)過半年的使用后，對電子秤進(jìn)行校準(zhǔn)后，測 得的數(shù)據(jù)如表3所示.

4.結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)表明，電子秤經(jīng)過半年使用后，測量結(jié)果 會產(chǎn)生較大的偏差.經(jīng)過校準(zhǔn)后，精度恢復(fù)到和初始狀態(tài)一致，保持了電子秤的原有精度.采用AD8555實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。這種方式不僅可以應(yīng)用在電子秤系統(tǒng)

中，還可以應(yīng)用于溫度系統(tǒng)、力測量系統(tǒng)等，只要是使用電阻類應(yīng)變傳感器的系統(tǒng)都可以采用這種方式，在有些無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中也可以應(yīng)用這種校準(zhǔn)方式.這種方法可以有效地減少電子秤的連線，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電子秤的校準(zhǔn).