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基于MSP430单片机的无线电子秤的设计微处理器

Pinwei Zhu*, Chunhua Hu

摘要：为了分析消费习惯和保持蔬菜，水果和饼干店良好的库存，应保存详细的交易

信息。一台基于MSP430和无线通信模块设计PTR2000的电子秤，不仅能测量重量，而且还能与主机PC交换数据和指令。 提供了应变电桥输出信号、时间/数据电路、存储电路、无线模块等调理电路。该测定结果是通过移动平均滤波器的方法进行处理。在PC端用户界面采用Visual开发Basic语言。

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关键词：MSP430，PTR2000，调理电路，无线通信。

1.导论

电子秤具有广泛的工业，商业和消费应用的用途。 但传统的规模不能保存详细的交易信息，如日期，时间，类型和物品重量等，以及商品价格只能手动输入。它使用不方便，难以得到销售报告，用户无法分析客户的消费习惯，也难以实现良好库存控制。相反，大型超市的电子秤克服这些缺点，但它们无法存储销售信息并且对普通用户来说过于昂贵。基于MSP430微处理器的无线电子秤介绍。它可以通过无线通信下载个人计算机的商品信息，将销售数据存储和上传到个人电脑上，通过商品编码等方式获得商品价格。

1. 系统架构

该系统由六部分组成：MSP430微处理器模块、传感器检测模块、实时时钟模块、数据存储模块、无线通信模块、主计算机。系统架构如图1所示。

图1系统架构

MSP430F135混合信号微控制器是系统[ 1 ]的控制核心。应变输出信号传感器首先由仪表放大和反相放大器调节。其次调节信号是由ADC模块，模数转换集成在MSP430F135。

MSP430F135处理AD结果，并在AT45DB081内存的相关信息是闪存。称重结果通过74HC373芯片[ 2 ]驱动由LED显示。销售数据是通过PTR2000无线通信模块发送。MAX232是采用在PTR2000与主机之间的一个串口通信芯片。接收的程序采用VB语言开发。

2.1.msp430电路

德州仪器MSP430F135是一个混合信号微控制器配置了两个内置16位定时器，一个快速12位A / D转换器，一是通用串行同步/异步通信接口（USART），以及48个I/ O引脚。该架构，结合了五个低功耗模式进行了优化，在便携式测量应用中实现延长电池寿命。该器件具有强大的16位RISC CPU，16位寄存器，和恒发电机的最大的编码效率。数字控制振荡器（VCO）允许从低功耗模式，在不到6微秒时间内唤醒到激活模式。

良好的电源和复位序列是对于MSP430F135很有必要。5V和3.3V的双电源是基于TPS70302芯片作为图2。

图2电源和基于TPS70302复位时序电路

在图2中，TPS70302芯片的输入电压为6V，5V，1A和3.3V，2A的输出可以通过可调电阻R1和R4来调节。 SEQ=0，TPS70302芯片复位引脚的输出5V并采用3.3V，所以为MSP430提供了良好的复位序列。

2.2.Strain传感器信号采集电路

该系统采用 YZC-1B型应变传感器；最大负载能力为5公斤。独特的全桥传感器是采用了额定满量程输出电压2plusmn;0.002mv/v时加载它最大承载能力约5公斤。目的是解决分辨率1G的传感器信号，导致10000项计数，并显示它由领导。如果桥传感器得到5伏的兴奋，它提供5Vtimes;2MV / V = 10 mV的满量程输出电压。由于应变传感器的输出电压是非常微小的，它应在AD转换之前进行上千次的放大。调理电路由仪器，放大器和一阶低通滤波器组成。该INA326是高性能、低成本、高精度仪表具有轨至轨输入和输出放大器[3]。它是真正的单电源仪表放大器，具有非常低直流误差和延伸超过正和负轨输入共模范围。这些特点使其适用于高精度的应用。增益计算使用（1）。

Gain=2R2/R1 =1000 （1）

外部增益设置电阻的稳定性和温度漂移会影响增益可以直接从增益方程（1）推断。所以，R1和R2应低温漂电阻。

OPA2234构成的一阶低通滤波器。OPA2234在2.7 V至36 V电源间工作性能优良[ 3 ]。在这里，它提供应变桥和INA326相同的电源。该滤波器的截止频率由图3所示R 11和-C 7决定。应变电桥的输出信号变化很缓慢，采用10Hz的截止频率和功可以完全消除干扰。低通滤波器的增益可通过调节可调电阻R12来调节。

调理后的输出电压为0〜3.3V其与在MSP430F135 ADC模块相匹配。这个MSP430系列12位Sigma-Delta ADC可以使用内置1.2 V参考，或外连接基准电压。在这里，一个外部电阻分压器是用来提供参考电压。随着桥梁传感器从相同的电压源供电，比公制计量原则的优势实现与VCC无关。如果桥传感器将动力从Vccand使用该ADC模块的内部参考电压，测量结果将随VCC变化而变化。

图3应变传感器信号采集电路

2.3.PCF8563实时时钟/日历

体重的时间和数据信息来自实时时钟日历芯片PCF8563。PCF8563是一种针对低功耗进行了优化的CMOS实时时钟/日历。可编程时钟输出，还提供了中断输出和电压低检测器。所有的地址和数据都通过串行传输两线双向的I2C总线。最大总线速度为400 kbit/s。内置字地址寄存器在每个写入或读取数据字节后自动递增。

所有16个寄存器被设计成可寻址的8位并行寄存器，虽然不是所有的位都实现。前两个寄存器（内存地址00H，01H）作为控制/状态寄存器。图4显示PCF8563应用电路。在图4中，双电源是为PCF8563提供的。一个电源工作通常是TPS70302 3.3V输出。当系统的其他工作关机时是3V电池。当系统断电时由于3V电池供电数据和时间信息不会丢失。

图4 PCF8563应用电路

2.4.AT45DB081闪存

详细的交易信息，如日期、时间、类型和重量等，都被保存在AT45DB081 闪存。这样做可以帮助用户分析消费习惯和保持良好的库存控制。该AT45DB081是一个只有2.7伏，串行接口闪存串行接口闪存适用于在系统编程。与传统的快闪记忆体不同，随机访问多个地址线和一个并行接口，数据闪存使用串行接口来访问它的数据。简单的串行接口有利于硬件布局，提高了系统的可靠性，减少开关噪声，并reducespackage尺寸和引脚数量活跃。该设备在许多商业和工业应用应用中使用的高密度，低引脚数，低电压，低功耗是至关重要的。数据闪存的典型应用是数字语音存储、图像存储和数据存储。该器件工作在时钟频率高达10兆赫的典型的有源读电流消耗4毫安。。AT45DB081应用电路如图5所示。

图5 AT45DB081应用电路

2.5.Wireless通信模块

无线通信模块是基于PTR2000。使用两个PTR2000模块。一是与MSP430F135相连，另一端连接MAX232（见图6）的电平转换芯片。无线通信模块PTR2000最佳电压为2.7 ~ 5 V，这里用5 V。最佳的数据传输速率为9.6kbit/s ~ 19.2kbit/s。

MSP430F135上传详细的交易信息，主机和下载商品信息通过PTR2000模块和RS232总线接口秤。

图6 PTR2000与MAX232的连接

3.软件设计

3.1.MSP430数据采集程序

MSP430单片机程序的主要功能是系统初始化、键盘扫描、驱动LED，接收商品信息、读写PCF8563时钟/数据存储参数，详细的交易AT45DB081闪存通过无线通信等软件发送到PC主机。

MSP430单片机的软件工作流程是区分指令码的语义和修改系统标志，配置内部寄存器，根据语义调用相关I2C/SPI子程序读写外部设备。

3.2.Calibration

实际测量和多次连续调整之后，0 ~ 5公斤的重量转换为0 ~ 3.3 V电压。然后调节电压由12位sum;-Delta;ADC模块采样，0 ~ 4096数得到。为了提高精度，采用移动平均滤波的方法对结果进行处理。

假设U（n）是AD在n时的结果，L是移动窗平均滤波器的长度，所以在n个时间滤波器的输出为x（n），使用（2）计算。

在等式（2），表示最大，代表的最小值。

根据（2），AD结果的L数量是第一，当获得新的AD结果，AD结果L中的第一个被移出，其他由一个位置向前移动，而新的被插入到最后一个位置。最大和最小的结果从序列中删除，然后AD结果的左侧L2数的平均数可以计算出来。平均值X（n）是滤波器的输出。L的值是通过AD速率和通过称重所需要的时间决定，实际测量的多次后，则使用L8。

用于校准的重量为20克。表1显示了重量和AD结果之间的关系。由于良好的线性和测量精度满足，不需要补偿，尺度变换如图7所示。 x是AD结果，y是重量。

表1：重量和AD结果 图7：尺度变换

3.3.Host PC端软件

主机端软件的主要功能是接收详细的交易信息，传递商品信息并提供用户界面。该软件是由Visual Basic语言开发。MSComm控件对象用于读取和处理的串行数据。PC串口控制无线

模通过MSComm控件的控制对象RTSEnable的属性来接收和发送数据。RTSEnable= FALSE，串口的RTS引脚为高电平，经过电平转换；PTR2000在传输状态下配置。RTSEnable=Ture，串口的RTS引脚为低电平，电平转换后，PTR2000配置为接收状态。

1. 结论

电子秤不仅可以衡量商品的重量，而且还可以上传详细的交易信息，通过无线通信和串口下载从个人电脑下载商品信息。最大负载能力为5公斤，分辨率为1G，INA326和OPA2234的应用

成功地解决了程序，如何放大弱信号，抑制接口。MSP430和PTR2000的组合可以与PC主机进行有效的沟通。MAX232实现电平转换。用户界面方便用户修改商品价格，分析消费者习惯。它如果整个系统都可以包含多个电子秤，则会更好。

参考

[1] Texas Instruments Incorporated. (2010): MSP430x13x, MSP430x14x, MSPx14x1 mixed signal

microcontroller, Datasheet SLAS272F.Rev. G, pp. 1-3.

[2] Andreas Dannenberg. (2004): MSP430F42x single chip weigh scale, Application Report . Datasheet

SLAA220.pp. 2-5.

[3] Burr-Brown from Texas Instruments Incorporated. (2005): Precision, rail-to-rail I/O instrumentation

amplifier. Datasheet SBOS222D.pp. 1-3.

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