為克服傳統(tǒng)秤精度和功耗等不足，介紹專(zhuān)門(mén)為電子秤應(yīng)用設(shè)計(jì)的片上系統(tǒng)芯片(system on chiP，SOO PS081 的高精度和低功耗特性，以及在低功耗太陽(yáng)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，硬件部分對(duì)上電電路和外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件部分在 掃描和測(cè)量模式下實(shí)現(xiàn)中值濾波、延遲、LCD數(shù)字顯示等部分功能。

0.引言

片上系統(tǒng)芯片PS081是德國(guó)acam公司專(zhuān)門(mén)為電子秤應(yīng)用設(shè)計(jì)的數(shù)字測(cè)童芯片，與傳統(tǒng)的電子秤相比有著許多競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，高精度、低功耗，創(chuàng)新的產(chǎn)品理念、環(huán)保產(chǎn)品內(nèi)涵和具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格優(yōu)勢(shì)' 因此PS081在太陽(yáng)能電子秤上的解決方案成為國(guó)內(nèi)電子秤廠商的最優(yōu)選擇,為該產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品轉(zhuǎn)型帶來(lái)

了一個(gè)很好的契機(jī)。

1.PS081高精度測(cè)量原理

如圖1所示，PS081應(yīng)變測(cè)量原理是通過(guò)測(cè)董 放電吋間來(lái)間接體現(xiàn)的。放電時(shí)間是測(cè)攝應(yīng)變電阻 通過(guò)一個(gè)放電電荇Cload放電來(lái)獲得，正句變化和反 向變化的應(yīng)變電阻的放電時(shí)間都會(huì)被進(jìn)行測(cè)童，閃 此兩個(gè)放電吋間的比值則會(huì)反映應(yīng)變電阻的變化信息。時(shí)間測(cè)擻是通過(guò)高精度內(nèi)部時(shí)間單元完成， 通過(guò)對(duì)電界充放電時(shí)間的測(cè)董得到電阻值，并且可 以達(dá)到15ps的測(cè)量準(zhǔn)確度，通過(guò)平均其至可以達(dá)到 0.5 ps的測(cè)量準(zhǔn)確度。

PS081芯片是為稱(chēng)重電子秤所專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的超低功 耗SOC (system on chip)片上系統(tǒng)方案。這個(gè)芯片內(nèi) 部集成了 24位的微處理器并且發(fā)揚(yáng)了 PICOSTRAIN 測(cè)量原理的優(yōu)勢(shì)。因此整個(gè)系統(tǒng)包括傳感器本身的 電流消耗，可以被減少到一個(gè)非常低的水平。PS081 作為電池驅(qū)動(dòng)電子秤和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)電子秤的理想選擇， 這個(gè)芯片的精度可以允許通過(guò)電池供電系統(tǒng)建立高精度OIML校準(zhǔn)電子秤；當(dāng)然同樣也適于基于金屬 應(yīng)變測(cè)量的扭矩測(cè)量以及其他力學(xué)測(cè)量應(yīng)用。圖2 所示為4個(gè)金屬應(yīng)變傳感器組成的PICOSTRAIN半 橋連接測(cè)董方式。另外該芯片還集成了 LCD驅(qū)動(dòng), 可直接驅(qū)動(dòng)4*14，3*15段LCD，并帶有包含有強(qiáng)大的 函數(shù)指令的3K ROM和2K可擦寫(xiě)存儲(chǔ)EEPR0M,4線串行SPI接口，內(nèi)部還帶有10kHz晶振為系統(tǒng) 芯片提供時(shí)鐘源。

2.PS081在太陽(yáng)能電子秤硬件部分

如圖3所示,在完全黑暗的狀態(tài)下，所有的電容 將會(huì)被放電，而U5為高阻抗?fàn)顟B(tài),U4的輸入電壓為零，這個(gè)時(shí)候PS081是沒(méi)有電壓供電的。如果將燈打 幵，那么太陽(yáng)能電池板的電流將會(huì)給(:17充電,然后 電壓檢測(cè)部分供電。(R7,R14,Q1,U3)當(dāng)在C17的 電壓超過(guò)3.5 V的時(shí)候,U3將會(huì)開(kāi)啟，這時(shí)U5將會(huì) 脫離高阻狀態(tài)而升到C17的電壓水平。U4的供電電ffi為3.5 V,那么將會(huì)整壓到2.5 V輸出供給PS081,然后PS081將會(huì)開(kāi)始工作。由于在VCC-R后面的所有電容都需要通過(guò)C17充電到電源電壓，那么由于C17要提供必須的電路,VCC-R的電壓將會(huì)下降。

太陽(yáng)能電池板對(duì)于如此高的電流脈沖是比較弱的。C17的電壓必須要保持大于2.55 V的狀態(tài),否則U4將不能夠調(diào)節(jié)出2.5 V的電壓給PS081。

通過(guò)這個(gè)電路在光線較差的情況下也可以獲得一個(gè)快速安全的啟動(dòng)效果。本設(shè)計(jì)采用Sinonar公司的太陽(yáng)能電池板，由8條無(wú)定形硅板組成，太陽(yáng)能電池板必須要在最小光線條件下3 的時(shí)候給出大

于3.6V的電壓,否則將不能夠啟動(dòng)電路。

圖4中P1連接LCD-AD5287,外部晶振選用QC5TCT-G,部分管腳引出便于系統(tǒng)擴(kuò)展。

3.軟件部分設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能人體秤的應(yīng)用軟件具有基于帶有自動(dòng) 零點(diǎn)跟蹤的自動(dòng)幵啟功能,在睡眠關(guān)閉的模式下， 砰會(huì)對(duì)傳感器以低精度進(jìn)行持續(xù)的掃描。另外，傳 感器的補(bǔ)償也會(huì)以正常精度進(jìn)行測(cè)量。如果在掃 描模式中，重量被檢測(cè)到，那么秤將會(huì)切換到正常 測(cè)童模式。

在關(guān)閉休眠狀態(tài)下，掃描零點(diǎn)補(bǔ)償來(lái)糾正檢測(cè) 到重量時(shí)秤重的重董值,如果電11值正常,在上電部 分被配S為最小電流，那么需要等待火概1 min之 后，測(cè)量配置將會(huì)載入,初始的補(bǔ)償值將會(huì)被測(cè)量， 然后在掃描模式下初始的補(bǔ)償值被記錄。接下來(lái)，如 圖5所示,系統(tǒng)進(jìn)入掃描模式，每過(guò)5 min進(jìn)行一次 補(bǔ)償值獲取。如果在秤重后一段時(shí)間沒(méi)有重量即空 載，則將會(huì)自動(dòng)進(jìn)入掃描模式。如圖6所示，在系統(tǒng) 獲得測(cè)量補(bǔ)償值初始化后，進(jìn)入測(cè)量模式^。本程序 是在PS081 Assemble軟件環(huán)境下編寫(xiě)的％當(dāng)有重 量的時(shí)候秤會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，還有中值濾波、零點(diǎn)補(bǔ) 償、LCD顯示數(shù)字、自動(dòng)開(kāi)啟、自動(dòng)關(guān)閉等程序功能。

4.結(jié)束語(yǔ)

PS081作為德國(guó)acam公司的最新一代單芯片 方案，因其獨(dú)特的測(cè)童原理可以實(shí)現(xiàn)超低的電流消 耗,應(yīng)用該芯片可以建立非常強(qiáng)大的太陽(yáng)能電池板 驅(qū)動(dòng)電子秤，當(dāng)然同樣也適用基于金屬應(yīng)變測(cè)量的扭矩測(cè)量以及其他力學(xué)測(cè)童應(yīng)用。此芯片能夠很好的發(fā)揮PICOSTRAIN測(cè)量原理的優(yōu)勢(shì)，并為數(shù)字傳感器的發(fā)展掀開(kāi)了新的篇章。本設(shè)計(jì)的軟件部分實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能秤的部分功能還有待進(jìn)一步完善。