2017ti杯大学生电子设计竞赛g题

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1、2016年TI杯大学生电子设计竞赛G题：简易电子秤摘    要根据本题目要求，自行设计应变片与铁质悬臂梁结构，使用仪表放大器电路实现对应变片的电阻变化信号进行差分信号放大，本作品使用STM32单片机作为中心控制单元，通过内部AD进行采集质量信息，配以3.2寸触摸电阻屏控制，以及WT588D作为扩展的语音播报，实现相关功能。本电子称不但计量准确、快速方便，除了实现自动称重、计价功能、精度高外，还可实现去皮、自动计算，数字显示，语音播报，显示实时温度等。关键字：电子秤；STM32；应变片；仪表放大器；电阻触摸屏；WT588D。 G题：简易电子秤一、系统方案 本系统主要由单片机控制模块、屏

2、幕显示模块、仪表放大模块、放大器模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。 1、控制器选用 单片机比较 方案一：采用51系列单片机 传统的51单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大体积的程序和实现快速精准的反应控制。并且受时钟限制，计时精度不高，外围电路也增加了系统的不可靠性。 方案二：采用STM32F103系列单片机STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。STM32集成外设有较为强大的功能，可扩展性强。通过比较，我们选择方案二，采用STM32F103系列单片机为主控处

3、理器。2、显示方案选择 方案一：采用LCD1602作为显示屏 LCD1602是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。使用与学习方便，但是可扩展能力弱。方案二：采用3.2寸彩色电阻式触摸屏 彩色显示，320*480分辨率，有较高的扩展性，可以用它实现键盘，显示等多种功能，功能强大，可自制UI进行使用。 综合以上两种方案，选择方案二，采用3.2寸彩色电阻式触摸屏作为显示方案。 3、仪表放大器的论证与选择方案一：使用3片op07制作仪表放大器电路Op07是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。具有非常低的输入失

4、调电压（对于OP07A最大为25μV）。仪表放大器电路主要由两级差分放大器电路构成。其中，运放前两片为同相差分输入方式，后一片为差分放大电路。这样子做较为复杂，电路较难准确。方案二：使用一片INA128芯片INA128为精密低功耗仪表放大器 ，它们通用的3运放3-op amp设计和体积小巧使其应用范围广泛，且电路实现简单，由单个外部电阻即可实现从1至10000的任一增益选择。综合以上两种方案，选择方案二。 3、控制系统的论证与选择 方案一：AD采样后直接对数据进行分析与显示，可以快速的看到数据的变化；方案二：采样后对数据进行均值低通等数字滤波，虽然数据显示较慢，但是数据较为平稳，不会

5、有较大跳变。综合考虑采用方案二。  7二、系统理论分析与计算 1、测量精度的分析     由于测量称重范围最大为500g，最小精度要求为0.5g，考虑到采用芯片内部的ad最高电压为3.3v，为防止放大器输出端电压过大，所以500g对应最大电压为3v。所以0.5g对应电压变化为0.003v。约3.3v电压的1/1024，即1/2^10，即所采用的AD测量至少要10位才可以满足本题的测量精度要求。本次我们采用的STM32内部ADC为12位，基本满足题目要求。2、电阻式金属应变片电路分析图1：电桥线路原理图Ui=R1R2-R2R4R1+R2R3+R4U0如果R1R4=R2R3则电桥平衡，通

6、过调节Uo可以改变Ui的大小；若R1、R2、R3、R4电阻变化，则电压变化∆Ui=U0R1R2(R1+R2)2∆R1R1-∆R2R2+∆R3R3-∆R4R4。3、仪表放大器电路分析 图2：INA128/129内部电路结构图7电压输出Uo=(1+50kRg)∆Ui3、反相比例放大器计算    图3：反向比例放大器原理图电压输出：Uo=-RfR1*Us三、电路与程序设计 1、电路的设计 （1）系统总体框图 电阻式应变片惠斯通全电桥电路直流偏置调节仪表放大器放大电路反相比例放大器放大电路STM32主控屏幕显示语音输出图4：电路系统总框图（2）全桥式应变片电路图5：全桥式应变片电路图（3）仪

7、表放大器电路7图6：仪表放大器电路图（4）反相比例放大器电路图7：反相比例放大器电路图2、程序的设计 程序功能描述 ：根据题目要求软件部分主要实现ad采样变换显示，键盘的设置和显示。 （1）键盘实现功能：设置价格以及功能切换。（2）显示部分：显示实时电压值、斤数、单价、总价等。程序流程图 7开始屏幕初始化自动校正去皮归零中断AD采样数据计算屏幕显示价格输入总价计算图8：主程序流程图四、测试方案与测试结果 1、测试方案 （1）硬件测试  使用信号发生器与示波