[实用新型]一种基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤

说明书

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤。

背景技术

秤是一种在实际工作和生活中广泛用到的测量器具。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，特别在智能化、便捷式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。

电子称量装置如电子天平、电子秤等以其准确、称量快速、读数方便、显示直观、能在恶劣条件下工作、便于与计算机技术相结合等诸多优点而受到人们的青睐，已被广泛应用于工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等各个部门。

但是，传统电子秤存在响应速度慢、操作性差、功能单一等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种测量精度高、响应速度快、功能齐全、工作稳定操作简单的简易电子秤。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤，包括机械结构和电路部分；电路部分包括线性电源和基准电压模块；机械结构包括支架、悬臂梁和秤盘，悬臂梁一端固定在支架上，秤盘悬挂于悬臂梁另一端；电路部分还包括电阻应变传感器、信号放大模块、低通滤波器、A/D转换器、FPGA及键盘控制模块和LCD显示模块；电阻应变传感器与信号放大模块、低通滤波器、A/D转换器、FPGA依次相连，键盘控制模块、LCD显示模块与FPGA相连；基准电压模块为电阻应变传感器供电，线性电源为电子秤系统供电；电阻应变传感器贴于悬臂梁靠近支架的一端，其余电路部分均设置于支架内。

在上述的基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤中，电阻应变传感器选用四片金属应变片，接成全桥形式贴于悬臂梁靠近支架的一端。

在上述的基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤中，信号放大模块包括第一级精密仪表放大器、第二级精密运算放大器；第一级精密仪表放大器选用INA128，第二级精密运算放大器选用OPA277；电阻应变传感器的输出分别连接INA128的正、负输入端，INA128控制增益的1、8号引脚间连接R_G＝120Ω的电阻；INA128的输出通过一个R₁＝100Ω的电阻连接OPA277的负输入端，OPA277采用反相放大的接法，OPA277的2、6号引脚间连接一个R₂＝1.5K的电阻。

在上述的基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤中，低通滤波器采用3dB点在10Hz的二阶有源低通滤波器。

在上述的基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤中，A/D转换器选用ADS1118，在ADS1118与FPGA之间加入一级光耦隔离芯片ISO7241，ISO7241连接到ADS1118的模拟输入口AIN1。

在上述的基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤中，基准电压模块选用REF5025，在REF5025与电阻应变传感器之间加入一级精密放大器OPA277做电压跟随。

在上述的基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤中，线性电源选用UA7805或UA7905。

在上述的基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤中，支架采用T字型优质碳钢，高度不大于40cm。

在上述的基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤中，悬臂梁采用45号钢铁，并采取退火处理。

在上述的基于FPGA以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤中，托盘采用正方形的实验室用万能板，正方形托盘的四个角通过四根铁丝固定于悬臂梁上。

上述的简易电子秤工作原理如下：秤盘上不同质量的重物引起悬臂梁上电阻应变片阻值的变化，传感器输出不同的电压值；微小的电压信号输入第一级精密仪表放大器放大；放大后的信号输入第二级精密运算放大器再次放大；二级放大后的信号输入低通滤波器滤除前级电路产生的高频噪声；滤波后的直流信号由A/D转换器采样、转换；转换后的信号再由FPGA处理；键盘控制模块选择电子秤系统的不同功能；LCD显示模块实时显示重物的相关信息；电阻应变片阻值的供电电压由基准电压模块提供。

本实用新型的有益效果是：简易电子秤系统实现了重物质量从1.00g到300g的测量与显示，误差均在0.1g以内。其工作稳定可靠，人机交互良好，测量精度有所提高；具有去皮、设置单价、显示金额、找零、单位转换的功能，拓展了电子秤的功能；且响应速度快、操作简单，具有较高的实际使用价值。

附图说明