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[摘 要]本设计采用STM32单片机作为主控制器，系统由惠斯通电桥、电阻应变片、AD620放大器、手机APP、键盘及液晶屏组成。电子称的主体由金属型材搭建，总体呈“Γ”型，通过应变电阻片将重量引起的形变转化为电阻变化，利用惠斯通电桥将电阻变化转化为电压的变化，AD620放大器将电压信号放大，以STM32单片机作为核心，对信号进行采集和处理，结合滤波算法使数据准确稳定，外接键盘设置电子称的工作方式和信息输入，最后经程序换算为重量值，示在液晶屏上，手机APP用于数据统计，并生成表格文件。
[关键词]STM32单片机，应变片，惠斯通电桥，AD620放大器，手机APP
中图分类号：TM32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0389-01
1.方案设计
该系统由应变电阻片、主控芯片STM32、AD620信号放大器、惠斯通电桥以及液晶显示组成。电子称机械结构总体呈“Γ”型，便于应变片采集电子称的形变信息，应变电阻桥和AD620放大器将形变产生的电阻变化转化为模拟信号并放大，然后由主控芯片进行数据的处理，外部拓展键盘用于单价等数据输入，最后在显示在液晶上显示重量、金额等信息，手机APP进行数据统计，包含去皮功能。满足实际的需要。
2.理论分析
2.1 电阻应变片测量
电阻应变片，是用于测量应变的元件。它能将机械构件上的物理变化转换为电阻变化。电阻应变片是由Φ=0.02-0.05mm的铜丝或镍铬丝绕成栅状夹在两层绝缘薄片中制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。
电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。
电阻变化与形变的关系：
其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类电阻应变片效应显著与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系。
2.2 应变电阻桥
该作品采用的应变电阻桥就是惠斯通电桥由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。R1、R2、R3、R4四个电阻如果R1 =R2 =R3 =R4或R1×R2=R3×R4则无论输入多大电压，输出电压E总为0，这种状态称为平衡状态。如果平衡被破坏，就会产生与电阻变化相对应的输出电压。将这个电路中的R1用应变片相连，有应变产生时，记应变片电阻的变化量为dR，则输出电压E的计算：
（2.2）
上式中除ε均为已知量，所以如果测出电桥的输出电压就可以计算出应变的大小。上例电路中只联入了一枚应变片，所以称为单一应变片法。除此之外，还有双应变片半桥法及四应变片全桥法。在电桥中联入了四枚应变片，四应变片法是桥路的四边全部联入应变片，常用于应变片式的变换器中。
3.电路设计
3.1 主控设计
该作品采用STM32单片机，STM32系列单片机是一款功能强大的单片机，其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ARM Cortex-M内核，同时具有一流的外设：1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器。4-16MHz的晶振，内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振。
3.2 AD620放大器模块
AD620是一款高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益。作为前置放大器使用效果很好。AD620的0.01%建立时间为15μs，非常适合多路复用应用；而且成本很低该模块集成了两个LM317电源芯片和一个TPS5430转负压的芯片，运放均采用±12V供电。该模块最大输出电压Vpp为22V并且有5V、12V、24V三路输入输出，每一路均有增益调节和偏置调节以及差分信号增益调节使得放大效果更好。
3.3 应变电阻桥
应变电阻桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，应变电阻桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。
4.结论
该设计无论是机械结构还是误差范围都能满足实际中的要求。电阻应变片用来检测因重力引起的形变并体现在阻值上，通过应变电阻桥将阻值的变化转化为电压的变化，经过AD620放大电路后产生可被单片机处理的模拟信号，主控芯片用ADC通道进行转换将模拟量转换为数字量进行处理经过滤波处理使得角度数据更加穩定，对于1克到5克的称重数据依然很准确，并且系统稳定，性能优越。
参考文献
[1] 谭浩强.C程序设计（第三版）.北京清华大学学研大厦A座：清华大学出版社，2005：56-83.
[2] 杨清梅，孙建民.传感器与测试技术[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社.2005：41-44.
[3] 李广弟.单片机基础[M].北京航空航天大学出版社.1994：6-28.
[4] 许泳龙.单片机原理及应用，机械工业出版社，2005.1：79-87.
[5] 刘希民，张勇.控制仪表及系统[M].北京：国防工业出版社，2009：47-129.
[关键词]STM32单片机，应变片，惠斯通电桥，AD620放大器，手机APP
中图分类号：TM32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0389-01
1.方案设计
该系统由应变电阻片、主控芯片STM32、AD620信号放大器、惠斯通电桥以及液晶显示组成。电子称机械结构总体呈“Γ”型，便于应变片采集电子称的形变信息，应变电阻桥和AD620放大器将形变产生的电阻变化转化为模拟信号并放大，然后由主控芯片进行数据的处理，外部拓展键盘用于单价等数据输入，最后在显示在液晶上显示重量、金额等信息，手机APP进行数据统计，包含去皮功能。满足实际的需要。
2.理论分析
2.1 电阻应变片测量
电阻应变片，是用于测量应变的元件。它能将机械构件上的物理变化转换为电阻变化。电阻应变片是由Φ=0.02-0.05mm的铜丝或镍铬丝绕成栅状夹在两层绝缘薄片中制成。用镀银铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。
电阻应变片的测量原理为：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。
电阻变化与形变的关系：
其中，Ks为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类电阻应变片效应显著与否。ε为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号με表示。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变ε与电阻变化率dR/R成线性关系。
2.2 应变电阻桥
该作品采用的应变电阻桥就是惠斯通电桥由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。R1、R2、R3、R4四个电阻如果R1 =R2 =R3 =R4或R1×R2=R3×R4则无论输入多大电压，输出电压E总为0，这种状态称为平衡状态。如果平衡被破坏，就会产生与电阻变化相对应的输出电压。将这个电路中的R1用应变片相连，有应变产生时，记应变片电阻的变化量为dR，则输出电压E的计算：
（2.2）
上式中除ε均为已知量，所以如果测出电桥的输出电压就可以计算出应变的大小。上例电路中只联入了一枚应变片，所以称为单一应变片法。除此之外，还有双应变片半桥法及四应变片全桥法。在电桥中联入了四枚应变片，四应变片法是桥路的四边全部联入应变片，常用于应变片式的变换器中。
3.电路设计
3.1 主控设计
该作品采用STM32单片机，STM32系列单片机是一款功能强大的单片机，其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ARM Cortex-M内核，同时具有一流的外设：1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器。4-16MHz的晶振，内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振。
3.2 AD620放大器模块
AD620是一款高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻来设置增益。作为前置放大器使用效果很好。AD620的0.01%建立时间为15μs，非常适合多路复用应用；而且成本很低该模块集成了两个LM317电源芯片和一个TPS5430转负压的芯片，运放均采用±12V供电。该模块最大输出电压Vpp为22V并且有5V、12V、24V三路输入输出，每一路均有增益调节和偏置调节以及差分信号增益调节使得放大效果更好。
3.3 应变电阻桥
应变电阻桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，应变电阻桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。
4.结论
该设计无论是机械结构还是误差范围都能满足实际中的要求。电阻应变片用来检测因重力引起的形变并体现在阻值上，通过应变电阻桥将阻值的变化转化为电压的变化，经过AD620放大电路后产生可被单片机处理的模拟信号，主控芯片用ADC通道进行转换将模拟量转换为数字量进行处理经过滤波处理使得角度数据更加穩定，对于1克到5克的称重数据依然很准确，并且系统稳定，性能优越。
参考文献
[1] 谭浩强.C程序设计（第三版）.北京清华大学学研大厦A座：清华大学出版社，2005：56-83.
[2] 杨清梅，孙建民.传感器与测试技术[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社.2005：41-44.
[3] 李广弟.单片机基础[M].北京航空航天大学出版社.1994：6-28.
[4] 许泳龙.单片机原理及应用，机械工业出版社，2005.1：79-87.
[5] 刘希民，张勇.控制仪表及系统[M].北京：国防工业出版社，2009：47-129.