基于ADS1100高精度智能测力计

　　1　工作原理

　　高精度智能测力计可用于测拉力和压力,它是将作用于传感器的拉力或压力转换为电压值,经过放大器放大后,送入A/D转换器,经A/D转换后用单片机进行处理,其结果通过LCD显示。该测力计使用非易失性存储器AT24C08来保存校正系数,只需在第一次测量前进行一次校正,以后一旦上电,系统就会自动读取校正系数进行运算。该测力计还采用了中断设置零静态初始值和校正系数,可以在特定情况下对系统进行校正和取静态初值,能更准　确地测试任何时刻的力的值。

　　2　硬件设计

　　系统的结构框图如图1所示。整个测力计最具特点之处在于其A/D转换器,EEPROM都采用串行器件,利用了I2C总线协议,只需2根数据线和相应的控制线就可以工作,大大减少了印刷电路板的布线数目和CPU的I/O口利用数目。

2.1传感器及模拟信号处理部分

　　该测力计采用电阻应变式力传感器将传感器上所受到的压力或拉力转换为与之成正比的电压值,传感器的应变电阻元件设计成如图2形状,4片应变片初始阻值大小相等,采用差动布片和全桥接线。

　　因为传感器在受到力的作用时,应变电阻R1和R2阻值的变化方向一样,R3和R4阻值的变化方向一样,通过采用差动布片和全桥接线,可以精确地输出传感器所受力转换的电压值。传感器的差压输出经

　　过放大器OP07和4558放大后,将输出送入A/D转换器进行数据的采样和处理。OP07是低漂移差动放大器,我们用其作为第一级放大,可以精确地对来自传感器小至10μV的输入进行放大,并很好的抑制共模信号的干扰;第二级放大采用双通道运算放大器4558,利用第一通道对op07的输出进行放大,并将第一通道的正端输入按图3接法,通过调节RW可以调节4558的IN+输入,来设置输出零点,使模拟部分的输出信号在ADS1100的线性工作区范围内。

　　2.2 AD转换部分[3]

　　模拟信号的采样和量化采用ADS1100,它由一个带有可调增益的-模/数转换器、一个时钟发生器和一个I2C接口组成,是精密的连续自校准A/D转换器,带有差分输入和高达16位的分辨率。其转换按比例进行,以电源作为基准电压,使用可兼容I2C串行接口,在2.7V至5.5V的单电源下工作。

　　ADS1100可每秒采样8、16、32或128次,片内可编程的增益放大器PGA提供高达8倍的增益,允许对更小的信号进行测量,并且具有高分辨率。在单周期转换方式中,ADS1100在一次转换之后自动掉电,在空闲期间极大地减少了电流消耗。ADS1100通过I2C接口总线与单片机连接,如图1所示。

　　2.3校正系数存储器[2]