1.传感器的选择
传感器选用应变片式传感器。本身自带桥式电路,输出为电压的形式,减少了桥式电路的设计,利于加快本次设计的速度。
图一:应变片式传感器实物图
电阻应变片把机械应变信号转换为△R/R后,由于应变量及相应电阻变化一般都很微小,难以直接精确测量,且不便处理。因此,要采用转换电路把应变片的△R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。
直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响,抗干扰能力强,但因机械应变的输出信号小,要求用高增益和高稳定性的放大器放大。
图二:传感器内部连接图
应变片式传感器有如下特点:
(1)应用和测量范围广,应变片可制成各种机械量传感器。
(2)分辨力和灵敏度高,精度较高。
(3)结构轻小,对试件影响小, 对复杂环境适应性强,可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用,频率响应好。
(4)商品化,使用方便,便于实现远距离、自动化测量。
2.AD芯片的选择
由于应变片式传感器的输出为电压的形式,但是电压值为mv级别。利用普通的AD转换器无法转换为数字信号。于是选用专用芯片HX711.
HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比,该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本,提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单,所有控制信号由管脚驱动,无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A 或通道B,与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A 的可编程增益为128 或64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B 则为固定的64 增益,用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D 转换器提供电源,系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
图三:HX711引脚结构
HX711典型应用电路如图所示:
图四: HX711典型应用电路
3. 单片机的选择
鉴于本次设计只需要进行AD转换,金额计算,数据显示,串口接发数据。于是选用8位的STC89C52单片机完成本次设计的控制。
ST89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写10000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构[1],芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的ST89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。ST89C52芯片具有以下特性[2]:
①指令集和芯片引脚与Intel公司的8051兼容;
②8KB片内在系统可编程Flash程序存储器;
③时钟频率为0~33MHz;
④128字节片内随机读写存储器(RAM);
⑤32个可编程输入/输出引脚;
⑥2个16位定时/计数器;
⑦6个中断源,2级优先级;
⑧全双工串行通信接口;
⑨监视定时器;
⑩2个数据指针。
ST89C52单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚,2个外接晶振的引脚,4个控制或与其它电源复用的引脚,以及32条输入输出I/O引脚。
4. 蓝牙选择
考虑到本次设计没有键盘来键入单价数据,于是,选择编写简单的APP充当键盘。这就设计单片机和手机的通信问题。考虑到通信方式和通信协议的简单,采用HC-05蓝牙模块进行数据透传。
图五:HC-05实物图和引脚对于图
HC-05蓝牙模块的特点
1) 采用CSR主流蓝牙芯片,蓝牙V2.0协议标准;
2) 输入电压:3.6V--6V,禁止超过7V;
3) 波特率为1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200 用户可设置;
4) 带连接状态指示灯,LED快闪表示没有蓝牙连接;LED慢闪表示进入 AT命令模式;
5) 板载3.3V稳压芯片,输入电压直流3.6V-6V;未配对时,电流约 30mA(因LED灯闪烁,电流处于变化状态);配对成功后,电流大约10mA。
6) 用于GPS导航系统,水电煤气抄表系统,工业现场采控系统;
7) 可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器等设备进行无缝连接。
8) HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块(以下简称模块)具有两种工作模 式:命令响应工作模式和自动连接工作模式。
下篇:上位机的设计


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