基于USB接口的称重装置

　　USB是一种新兴的总线接口技术,相比于其他传统的接口技术,主要有以下一些优点:使用方便,支持即插即用;传输速度快;供电方便;易扩展。

　　因此,自USB问世以来,发展迅猛,广泛地为各PC厂家所支持,成为个人电脑外设接口的首选。同时,利用USB传输的数据采集方案在测量领域也得到了广泛利用。随着生活水平的提高,人们对自身健康状态的关注也与日俱增,其中体重是身体健康的一个重要标志。而目前,在市场上广泛使用的电子称重仪或是小量程,或是低精度,对于人体重量的精密测量都难以达到要求,并且不具备人体称重所需要的记忆、分析功能。随着个人电脑的普及,采用USB传输的精密称重仪使用方便、功能齐全、应用场合广泛,具有很高的利用价值。

　　本装置的设计工作包括硬件设计、固件设计和应用程序设计。

　　1　硬件电路设计

　　1.1　硬件的总体结构

　　本装置的硬件总体结构如图1所示,数据采集模块将重量信息转变成电信号,经放大器放大,送A/D转换模块进行A/D转换后,即可通过USB控制芯片送往主机进行进一步处理。经过处理的数据将很好地再现重量信息,从而达到精确称重的目的。

　　1.2　各模块简介

　　图1中USB芯片采用CYPRESS公司的AN2131芯片。这款芯片将USB外围接口所需的各种功能包装成精简的集成电路。集成的USB收发器连接到USB总线的D+,D-差动数据线。此外,SIE(Serial Interface Engine,串行接口引擎)执行了串行数据的译码、编码以及错误纠正、位填塞与USB所需的信号水平,最后再从USB外围接口传送与接收数据位。芯片内的程序运行和与外部的数据交换工作主要由芯片内嵌的一块增强型8051核心来负责管理。

　　数据采集模块采用电阻应变片构成全桥电路贴附于承力构件,当加载重量时,承力构件带动电阻应变片相应发生形变,从而将重量信号转换为电压信号,使用仪用放大器INA128将电桥输出的电压信号进行放大,传送到A/D转换芯片。

　　A/D转换模块使用Intersil公司生产的ICL7135模/数转换芯片。这款芯片采用双积分转换方法,具有高达4位半的转换精度,采用BCD输出满量程为±20 000的转换结果,转换误差仅为±1。并且,芯片提供了大量芯片状态引脚,为芯片与单片机的连接提供了便利。

　　系统采用比率测量方式,如图2所示,将供桥电压同时引到ICL7135的参考电压端(VREF),使同一基准源既用于传感器激励,又用于ADC,可以有效地消除供桥电压不稳定对测量精度的影响。

　　ICL7135通过将输入(IN+,IN-)与参考电压(VREF)相比较获得4位半精度的读数。获得转换结果后,ICL7135的输出端按位轮询,D5,D4,D3,D2,D1依次为高(STROBE相应产生一个负脉冲),并相应地从B[8,4,2,1]输出对应位的8421码。如图2所示,由STROBE信号触发AN2131的外部中断,进而从PB口读取转换结果,即可获得所需数据。