摘要：桥式传感器是汽车衡、轴重秤和仓储秤的一种常用传感器，运用AD芯片HX711自制桥式传感器，研究其测量精度与激励电压的关系，并通过实验找出满足系统测量精度要求情况下的激励电压值。
关键词：桥式传感器；HX711；激励电压
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）04-0089-01
1 概述
HX711是一款专为高精度电子秤而设计的 24 位 A/D 转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点[1][2]。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。本文通过运用HX711自制桥式传感器，并研究激励电压与测量精度之间的关系。
2 芯片描述
HX711芯片与后端 MCU 芯片的接口和编程相对简单，基本控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B则为固定的32增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
HX711 芯片内的稳压电路可同时向A/D转换器和外部传感器提供模拟电源。稳压电源的供电电压（VSUP）可与数字电源（DVDD）相同。稳压电源的输出电压值（VAVDD）由外部分压电阻R1、R2 和芯片的输出参考电压VBG决定，即
（1）
根据使用手册，应选择输出电压比稳压电源的输入电压（）低至少100mV。
由HX711芯片内部框图可知，应变传感器的差分信号首先进入一个可编程增益的放大器模块（PGA）然后进入24位模数转换器（ADC）。根据芯片手册，差分信号的输入范围为：±0.5（AVDD/GAIN），因而AD芯片输入电压范围均正比于激励电压。
3 自制桥式电路
如图1所示，自制桥式电路用以模拟桥式应变传感器的工作，桥臂电阻RA，RB，RC，RD为10K精密电阻，R5，R6，R7为25欧姆左右的色环电阻，为了方便测量，通过控制拨码开关可以使桥式电路失去平衡，产生一个稳定的微弱输出信号，通过接插件P1连接到HX711模块进行测量。
4 实验方法及结果
如图2所示，桥式电路的输出作为HX711模拟输入（A-in），使用 FLUKE-8846A 6.5位高精度数字多用表测量，同时51实验板将采样的数据以数字量的形式（D-out）通过串口传输到电脑上（为了方便起见，D-out统一为16位），将数字量按照规则转换成模拟量（A-out），通过比较测量数据（A-in）和输出的数据（A-out）之间的差别（暂定绝对误差）来判断测量误差。由于桥式电路输出正比于激励电压（AVDD），故规定绝对误差与激励电压的比值为误差率。
实验所用的工具和设备包括：FLUKE8846A 6.5位高精度数字多用表，直流电压源，51单片机实验板和自制的桥式电路。实验步骤如下：
（1）令R1=24K，R2=16K，则通过计算AVDD≈3.125V，分别记录位置1、位置2、位置3以及位置4（通过拨码开关设置）的模拟输入（A-in）和数字输出（D-out）；
（2）令R1=27K，R2=16K，则通过计算AVDD≈3.36V，分别记录位置1、位置2、位置3以及位置4（通过拨码开关设置）的模拟输入（Ain）和数字输出（D-out）；
（3）令R1=30K，R2=16K，则通过计算AVDD≈3.594V，分别记录位置1、位置2、位置3以及位置4（通过拨码开关设置）的模拟输入（A-in）和数字输出（D-out）；
（4）令R1=36K，R2=16K，则通过计算AVDD≈4.0625V，分别记录位置1、位置2、位置3以及位置4（通过拨码开关设置）的模拟输入（A-in）和数字输出（D-out）；
（5）令R1=43K，R2=16K，则通过计算AVDD≈4.61V，分别记录位置1、位置2、位置3以及位置4（通过拨码开关设置）的模拟输入（A-in）和数字输出（D-out）；
如表1所示，通过实验结果，自制桥式传感器的激励电压与绝对误差随着模拟输入的增加，呈线性增长并逐渐收敛，并在3.3v的供电电压具有良好的测量精度。
参考文献
[1]廉德钦.基于交流电桥的动态微弱电容检测电路[J].电测与仪表，2012，（7）：89-92.
[2]孫杰.智能桥式传感器仪表电路的设计[J].仪表技术与传感器，2004，（3）：35-36.
