ADS1230在称重系统的应用研究

　1　影响称重精度的原因

　　电子秤是目前常用的计量仪器,广泛应用在人们的日常生活中。由于重量传感器输出的信号极小,要将这种信号精确地测量非常困难。称重系统在设计时,主要存在以下几个问题:

　　(1)如何提供极低输入参考噪声(RTI)。

　　(2)温度漂移。在实际应用中传感器会存在测量范围误差与失调误差,其输出电压会随温度的变化而不断变化。随着时间和温度的变化,模拟电路在失调漂移和增益方面如何做到长期的稳定,是提高系统整体精度的关键。

　　(3)压力桥接传感器在外力作用下会有非线性输出。目前许多电子秤大都在数字化之前使用一种极低噪声增益级放大来自桥接的信号,在重量变化相对较小、较慢的情况下,增益级带宽不会造成太大的影响。不过仍然需要厂方或用户进行定期的校准。在称重系统中A/D转换器产生谐波失真原因有两个:一是调制器反馈环节,二是量化间隔。调制器反馈环节由调制器实现方式决定;量化间隔大于1,则有非线性现象出现,量化间隔越大,非线性越严重。在设计时为保证整个调制器的基本性能,要做到以下几点:

　　(1)参考电源要非常稳定(参考电源中的谐波分量和波动将直接反映到传感器输出中)。

　　(2)由输出控制的反馈电压要保持对称稳定,否则将引起积分器输出饱和。

　　(3)积分器的积分时间和各级滤波器的放大倍数要适当,具体调节要看积分器输出波形。采用ADS1230芯片能够很好地解决以上问题。

　　2　ADS1230工作原理

　　ADS1230是一种20位高精度模数转换器(ADC)。其芯片内部集成了板载低噪声可编程增益放大器(PGA)、板载振荡器以及高精度20位Δ-ΣADC。PGA允许用户选择增益系数为1、2、64或128的增益;其具有最小化低频噪声,可在整个温度范围内保持最小失调漂移;使用了板上高精度电阻器,具有出色的增益稳定性。

　　ADS1230的所有特性均由专用引脚控制,器件可通过易于隔离的串行接口输出数据,该接口可直接与单片机相连接。ADS1230采用16引脚TSSOP封装,其工作温度范围为-40~+85℃。内部原理如图1所示

        芯片的特性如下:

　　●增益为64或128的板载PGA

　　●板载振荡器

　　●RMS噪声: 10SPS时仅为40 nV(G=128); 80SPS时仅为88 nV(G=128)

　　●可选的10SPS或80SPS数据速率

　　●比例测量的5 V外部电压基准

　　3　高精度称重系统

　　ADS1230内部自带增益功能,无需普通称重系统中应用的放大电路,使仪器的结构和硬件电路更加合理,控制程序精炼灵活,同时又采用数字滤波技术,提高了系统的可靠性。系统选用CZL-1Z微型应变片式称重传感器,该传感器与其他传感器相比具有灵敏度高、精度高、测量速度快等优点。系统中单片机的选型本着体积小,价格便宜,容易制作的原则,采用AT89C51。