劉磊

摘要：橋式傳感器是汽車衡、軸重秤和倉儲(chǔ)秤的一種常用傳感器，運(yùn)用AD芯片HX711自制橋式傳感器，研究其測(cè)量精度與激勵(lì)電壓的關(guān)系，并通過實(shí)驗(yàn)找出滿足系統(tǒng)測(cè)量精度要求情況下的激勵(lì)電壓值。

關(guān)鍵詞：橋式傳感器；HX711；激勵(lì)電壓

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）04-0089-01

1 概述

HX711是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1][2]。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。本文通過運(yùn)用HX711自制橋式傳感器，并研究激勵(lì)電壓與測(cè)量精度之間的關(guān)系。

2 芯片描述

HX711芯片與后端 MCU 芯片的接口和編程相對(duì)簡單，基本控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為±20mV或±40mV。通道B則為固定的32增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡化了開機(jī)的初始化過程。

HX711 芯片內(nèi)的穩(wěn)壓電路可同時(shí)向A/D轉(zhuǎn)換器和外部傳感器提供模擬電源。穩(wěn)壓電源的供電電壓（VSUP）可與數(shù)字電源（DVDD）相同。穩(wěn)壓電源的輸出電壓值（VAVDD）由外部分壓電阻R1、R2 和芯片的輸出參考電壓VBG決定，即

（1）

根據(jù)使用手冊(cè)，應(yīng)選擇輸出電壓比穩(wěn)壓電源的輸入電壓（）低至少100mV。

由HX711芯片內(nèi)部框圖可知，應(yīng)變傳感器的差分信號(hào)首先進(jìn)入一個(gè)可編程增益的放大器模塊（PGA）然后進(jìn)入24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。根據(jù)芯片手冊(cè)，差分信號(hào)的輸入范圍為：±0.5（AVDD/GAIN），因而AD芯片輸入電壓范圍均正比于激勵(lì)電壓。

3 自制橋式電路

如圖1所示，自制橋式電路用以模擬橋式應(yīng)變傳感器的工作，橋臂電阻RA，RB，RC，RD為10K精密電阻，R5，R6，R7為25歐姆左右的色環(huán)電阻，為了方便測(cè)量，通過控制撥碼開關(guān)可以使橋式電路失去平衡，產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的微弱輸出信號(hào)，通過接插件P1連接到HX711模塊進(jìn)行測(cè)量。

4 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果

如圖2所示，橋式電路的輸出作為HX711模擬輸入（A-in），使用 FLUKE-8846A 6.5位高精度數(shù)字多用表測(cè)量，同時(shí)51實(shí)驗(yàn)板將采樣的數(shù)據(jù)以數(shù)字量的形式（D-out）通過串口傳輸?shù)诫娔X上（為了方便起見，D-out統(tǒng)一為16位），將數(shù)字量按照規(guī)則轉(zhuǎn)換成模擬量（A-out），通過比較測(cè)量數(shù)據(jù)（A-in）和輸出的數(shù)據(jù)（A-out）之間的差別（暫定絕對(duì)誤差）來判斷測(cè)量誤差。由于橋式電路輸出正比于激勵(lì)電壓（AVDD），故規(guī)定絕對(duì)誤差與激勵(lì)電壓的比值為誤差率。

實(shí)驗(yàn)所用的工具和設(shè)備包括：FLUKE8846A 6.5位高精度數(shù)字多用表，直流電壓源，51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板和自制的橋式電路。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）令R1=24K，R2=16K，則通過計(jì)算AVDD≈3.125V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關(guān)設(shè)置）的模擬輸入（A-in）和數(shù)字輸出（D-out）；

（2）令R1=27K，R2=16K，則通過計(jì)算AVDD≈3.36V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關(guān)設(shè)置）的模擬輸入（Ain）和數(shù)字輸出（D-out）；

（3）令R1=30K，R2=16K，則通過計(jì)算AVDD≈3.594V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關(guān)設(shè)置）的模擬輸入（A-in）和數(shù)字輸出（D-out）；

（4）令R1=36K，R2=16K，則通過計(jì)算AVDD≈4.0625V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關(guān)設(shè)置）的模擬輸入（A-in）和數(shù)字輸出（D-out）；

（5）令R1=43K，R2=16K，則通過計(jì)算AVDD≈4.61V，分別記錄位置1、位置2、位置3以及位置4（通過撥碼開關(guān)設(shè)置）的模擬輸入（A-in）和數(shù)字輸出（D-out）；

如表1所示，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，自制橋式傳感器的激勵(lì)電壓與絕對(duì)誤差隨著模擬輸入的增加，呈線性增長并逐漸收斂，并在3.3v的供電電壓具有良好的測(cè)量精度。

參考文獻(xiàn)

[1]廉德欽.基于交流電橋的動(dòng)態(tài)微弱電容檢測(cè)電路[J].電測(cè)與儀表，2012，（7）：89-92.

[2]孫杰.智能橋式傳感器儀表電路的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2004，（3）：35-36.