智能人体电子秤的系统设计

　　1　系统设计及工作原理

　　本系统主要由称重传感器模块、滤波放大电路模块、模数转换电路模块、LCD显示模块、键盘电路模块等部分组成。人体的体重信息由称重传感器转换成电信号,并通过测量电路进行滤波放大,由单片机控制A/D转换器完成数据采集,并由单片机完成运算、显示,系统结构框图如图1所示。

　　2　系统硬件设计

　　2.1　TJH-2C型称重传感器

　　称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件。选用适当传感器,用来感知被测量,当物体放在秤盘上时,压力传给传感器,该传感器发生形变,从而使阻抗发生变化,电桥失去平衡,传感器输出一个变化的模拟信号。

　　本系统采用TJH-2C型称重传感器,额定载荷为200kg。传感器电路所采用的是单臂电桥电路,只有一个电阻应变片。理想情况下,传感器输出信号、放大器输出信号、ADC转换输出信号、人体体重之间的关系基本成线性,放大器的理想放大倍数为327。

　　2.2　放大与滤波电路模块

　　通常传感器输出的电信号是微弱的,不能够满足后续的转换要求,必须对它进行放大,但不可避免的会出现各种噪声,因此放大电路要有稳定的放大倍数、低噪音、低漂移、足够的带宽、线性度和抗干扰能力强等要求。因此本系统的放大电路采用由三个运放构成的对称式差动放大器,放大器的闭环增益为

　　显然只要改变R2的阻值就可改变放大器增益,且不影响共模抑制比。运放采用低失调、低漂移运放OP-07,低失调运放的输入失调电压漂移和输入失调电流漂移都很小。

　　滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理的系统,当信号与噪声分布在不同的频带中时,可以从频域中实现信号的分离。在实际测量中,噪声与信号往往有一定的重叠,如果不严重的话,可以利用滤波器有效的抑制噪声功率,提高测量精度。本设计选用的是低通滤波器,通带从零延伸到某一规定的上限频率。

　　在放大器的输入端选用的RC低通滤波器的电阻值为15kΩ,电容值为0.1μF。在放大器的输出端选用的RC滤波器的电阻为100kΩ,电容为0.1μF。电路如图2所示。

　　2.3　A/D转换电路模块

　　本系统模数转换电路采用ADC0809芯片来实现A/D转换功能。ADC0809在电路中的连接如图3所示。

　　ADC0809具有8路模拟输入端口,地址线可决定对哪一路模拟输入做A/D转换,本电路只有一路模拟输入,选取IN0口,将ADDA,ADDB,ADDC接地。地址锁存口ALE接RXD, ENABLE(OE)接RD, START接TXD,数字量输出口接单片机的P0口。单片机通过以下方法获得数据,首先置ALE端高电平,再置START端高电平,延时一段时间后,A/D转换结束,置OE端为高电平,通过读P0口,就可获得A/D转换的结果。