CN201449284U - 高精度太阳能人体秤 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的高精度太阳能人体秤，主要是将金属应变传感器和电容式传感器的两种太阳能人体秤的优点相结合设计而成，其结构主要包括电子秤和太阳能电池板，将4个传感器选用为4个金属应变型重量传感器，并在太阳能电池板和电子秤之间增设低功耗精密电压检测电路、低功耗电压模拟开关电路和稳压电路，将4个金属应变型重量传感器分别与单片机的4对信号输入/输出端连接，可使4个金属应变型重量传感器本身并不耗电，所以整机耗电量很低，在有光照强度≥200Lux的光线照射即可正常工作，环保性能好，因金属应变型重量传感器的测量精度高，使本实用新型的太阳能人体秤的精度也高，同时还具有价格不高等优点，是一种适合家庭使用的高精度太阳能人体秤。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适合家庭成员使用的秤重装置，特别是一种突破传统供电方式，以金属应变型重量传感器为基础的，仅采用太阳能供电而不需要其它电池辅助供电的电子秤，属于衡器计量领域。
背景技术
随着经济不断的发展，科学技术的不断进步，人们越来越多的关心环境和能源的问题，在现有的电子的设计中，设计者也越来越注重环保技术的应用。
目前市场上出现的所谓采用太阳能供电的秤重装置大概可以分为两大类：
1、采用金属应变传感器的太阳能人体秤，具有秤重精度高的优点，但因传感器的连接方式为惠斯通电桥方式，即：将一个稳定的电压源通过已经连接为惠斯通电桥方式的传感器，传感器差分的输出电压被一个ADC仿真数字转换器放大和数字化，这个信号进一步通过一个单片机被处理后显示在LCD上，该传统的惠斯通电桥连接方式的传感器本身就需要连续耗电约为3～5mA，整机的耗电量较大，所以其供电方式除了在秤体表面装有太阳能电池板之外，还需要在秤体内部增设电池或蓄电池作为辅助供电电源，不能完全依赖太阳能电池板进行单一电源供电，否则，秤重装置将无法正常工作。
2、采用电容式传感器太阳能人体秤，因电容式传感器的耗电量较小，所以其供电方式可以采用太阳能电池板进行单一电源供电，可在秤体结构中不另安装内置电池，其环保性能好。但是由于电容式传感器受温度、湿度的影响较大，在秤重的精确和稳定方面远远没有采用金属应变传感器的秤重装置好。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有的金属应变传感器的太阳能人体秤或电容式传感器的太阳能人体秤各自存在的不足之处，设计一种仅用太阳能电池板单一电源供电即可正常工作的、秤重精度高、环保性能好、功耗超低、价格不高、适合家庭使用的高精度太阳能人体秤。
本实用新型的高精度太阳能人体秤，主要是将金属应变传感器的太阳能人体秤的优点与电容式传感器的太阳能人体秤的优点相结合设计而成，其结构主要是在现有的电子秤和太阳能电池板的基础上，将电子秤中的4个重量传感器选用为4个金属应变型重量传感器，并在太阳能电池板和电子秤之间增设低功耗精密电压检测电路IC2、低功耗电压模拟开关电路IC3和稳压电路IC4，所述低功耗精密电压检测电路IC2的信号输出端与低功耗电压模拟开关电路IC3的OE端连接，低功耗电压模拟开关电路IC3的开关两端分别与太阳能电池板的正极和稳压电路IC4的输入端连接，稳压电路IC4的输出端与电子秤的电源正极VCC端连接，太阳能电池板的负极接地。
所述的电子秤包括秤体、秤盘、4个金属应变型重量传感器、电容C13、液晶显示器、单片机IC1、6个三极管Q1-Q6、3个按键开关K1-K3和电容C13，所述秤盘装在固定于秤体四个角上的金属应变型重量传感器上，4个金属应变型重量传感器上的各R+ΔR和R-ΔR端分别与单片机IC1的SG_A1和SG_A2端、SG_B1和SG_B2端、SG_C1和SG_C2端、SG_D1和SG_D2端连接，4个金属应变型重量传感器上的各R+ΔR与R-ΔR之间的输出线均与单片机IC1的LOAD1端和LOAD2端、三极管Q1-Q5的基极及电容C13连接，电容C13的另一端接地，三极管Q1-Q6的发射极均与单片机IC1的UCOMP1端连接，三极管Q1-Q5的集电极均与单片机IC1的SENSE_OUT端和STOP2端连接，三极管Q6的基极与单片机IC1的UCOMP2端连接，单片机IC1的SPI_SO_IO0端经开机按键开关K1接电源，单片机IC1的SPI_SI_IO1端经计量单位转换按键开关K2接电源，单片机IC1的SPI_SSN_RST端经电阻和关机按键开关K3接电源，电解电容C1的两端分别与太阳能电池板的两端连接，单片机的LCD_COM1-LLCD_COM3、LCD_SEG1-LCD_SEG14端与液晶显示器的对应端连接.
本实用新型的高精度太阳能人体秤，由于将4个金属应变型重量传感器分别与单片机IC1的信号输入/输出端连接，使金属应变型重量传感器的被测应变电阻ΔR与电容C13组成一个低通滤波(RC网络)，工作时，电容C13首先被充电到一个电源电压，然后通过一个电阻放电，当等放电到一个固定坎值电压时的时间被TDC(时间数字转换器)精确的纪录下来，通过单片机IC1的内部计算，就可以得到重量。因4个金属应变型重量传感器本身并不耗电，所以整机耗电量很低，在光照强度≥200Lux的光线照射在太阳能电池板上即可正常工作，又由于使用了金属应变型重量传感器，使秤重测量精度高，再就是不必使用电池或蓄电池，环保性能好，同时还具有价格不高等优点，是一种适合家庭使用的高精度太阳能人体秤。
附图说明
图1是将4个金属应变型重量传感器传统的电路连接关系示意图；
图2是本实用新型的4个金属应变型重量传感器的一种电路连接关系示意图；
图3是本实用新型在太阳能电池板和电子秤之间增设的一种电子开关电路图；
图4是本实用新型的一种电路连接关系示意图。
图5是本实用新型中的电容放电曲线示意图；图中的实线表示没有重量情况下的放电曲线，虚线为有加重的情况下的的放电曲线；
图6是本实用新型中的金属应变重量传感器进行充放电的时候的电流状况示意图；上曲线为充电电流曲线，下曲线为放电电流曲线。
具体实施方式
本实用新型的高精度太阳能人体秤，主要是在现有的电子秤和太阳能电池板的基础上，将电子秤中的4个重量传感器选用为4个金属应变型重量传感器，并在太阳能电池板和电子秤之间增设低功耗精密电压检测电路IC2、低功耗电压模拟开关电路IC3和稳压电路IC4组成的电子开关，该电子开关的电路如图3所示，其主要电路连接关系为；低功耗精密电压检测电路IC2的信号输出端与低功耗电压模拟开关电路IC3的OE端连接，低功耗电压模拟开关电路IC3的开关两端分别与太阳能电池板的正极和稳压电路IC4的输入端连接，稳压电路IC4的输出端与电子秤的电源正极VCC端连接，太阳能电池板的负极接地。
所述的电子秤包括秤体、秤盘、4个金属应变型重量传感器、电容C13、液晶显示器、单片机IC1、6个三极管Q1-Q6、3个按键开关K1-K3和电解电容C1，其电路如图4所示，所述秤盘装在固定于秤体四个角上的金属应变型重量传感器上，4个金属应变型重量传感器上的各R+ΔR和R-ΔR端分别与单片机IC1的SG_A1和SG_A2端、SG_B1和SG_B2端、SG_C1和SG_C2端、SG_D1和SG_D2端连接，4个金属应变型重量传感器上的各R+ΔR与R-ΔR之间的输出线均与单片机IC1的LOAD1端和LOAD2端、三极管Q1-Q5的基极及电容C13连接，电容C13的另一端接地，三极管Q1-Q6的发射极均与单片机IC1的UCOMP1端连接，三极管Q1-Q5的集电极均与单片机IC1的SENSE_OUT端和STOP2端连接，三极管Q6的基极与单片机IC1的UCOMP2端连接，单片机IC1的SPI_SO_IO0端经开机按键开关K1接电源，单片机IC1的SPI_SI_IO1端经计量单位转换按键开关K2接电源，单片机IC1的SPI_SSN_RST端经电阻和关机按键开关K3接电源，电解电容C1的两端分别与太阳能电池板的两端连接，单片机的LCD_COM1-LLCD_COM3、LCD_SEG1-LCD_SEG14端与液晶显示器的对应端连接.
当有光照强度≥200Lux的光线照射在太阳能电池板的电压的时候，太阳能电池板会产生一个约4.4V的电压，对电解电容C1进行充电，当电解电容C1充电完毕后，低功耗精密电压检测电路IC2会输出一个高电平给低功耗电压模拟开关电路IC3的OE端，使低功耗电压模拟开关电路IC3的A端和B端导通，此时的稳压电路IC4的IN端在电气特性上就和太阳能电池板连结在一起了，当光照强度不足时，低功耗精密电压检测电路IC2会输出一个低电平给低功耗电压模拟开关电路IC3，使低功耗电压模拟开关电路IC3的A端和B端不导通，稳压电路IC4的IN端在电气特性上就和太阳能电池板自动断开，使电子秤自动停止工作。
在光照强度正常时，接压一下开机按键开关K1，电子秤即可正常工作，由于将4个金属应变型重量传感器分别与单片机IC1的信号输入/输出端连接，其连接关系参见图2和图4，使金属应变型重量传感器的被测应变电阻ΔR与电容C13组成一个低通滤波(RC网络)，而不必将4个金属应变型重量传感器连接为一个全桥，而是将4个金属应变型重量传感器分别单独联连接到单片机IC1，并且不需要单独对金属应变型重量传感器提供电压。工作时，电容C13首先被充电到一个电源电压，参见图5中的VCC，然后通过一个金属应变型重量传感器的被测应变电阻ΔR放电，图5中的实线表示没有重量情况下的放电曲线，虚线为有加重的情况下的的放电曲线，当放电到一个固定坎值电压Vtrig时的时间被TDC(时间数字转换器)精确的纪录下来，两者之间的放电时间的差值就是所要测量的数据，通过单片机IC1的内部计算，就可以得到一个金属应变型重量传感器重量，如此依次测量4次即可分别得到4个金属应变型重量传感器上的重量，再将其相加后即为总重量。依据此工作原理可以知道，金属应变型重量传感器是以一种脉冲型式进行驱动的，那样流入金属应变型重量传感器的被测应变电阻的电流仅在通过金属应变型重量传感器放电的时候才产生，电容C13本身再通过单片机IC1内部的电阻充电到电源电压，图6表示了金属应变型重量传感器进行充放电的时候的电流状况，上曲线为充电电流曲线，下曲线为放电电流曲线。由图6可知，金属应变型重量传感器在充电的时候才会比较耗电，而在其它状态下是不耗电的。所以其耗电量极低。当称重结束时，按压一下关机按键开关K3即可关机，如要改变计量单位时可按压一下计量单位转换按键开关K2即可。
所述太阳能电池板可选用SS-5649-AY11型或SS-6728-AY11型或SS-8223-AY11型或SS-9527-AY11型或SS-9719-AY11型或SS-8223A-BY11型，低功耗精密电压检测电路IC2选用STM1061型或SOT23-3等型号，低功耗电压模拟开关电路IC3选用FSA66P5X型或MAA05等型号，稳压电路IC4选用HT7325型或XC6206等型号，金属应变型重量传感器选用LOADCELL等型号，单片机IC1可选用德国ACAM公司生产的PS08或PS081或PS021等型号单片机.
Claims (4)
1.一种高精度太阳能人体秤，包括电子秤和太阳能电池板，其特征在于电子秤中的4个重量传感器为4个金属应变型重量传感器，并在太阳能电池板和电子秤之间增设低功耗精密电压检测电路IC2、低功耗电压模拟开关电路IC3和稳压电路IC4，所述低功耗精密电压检测电路IC2的信号输出端与低功耗电压模拟开关电路IC3的OE端连接，低功耗电压模拟开关电路IC3的开关两端分别与太阳能电池板的正极和稳压电路IC4的输入端连接，稳压电路IC4的输出端与电子秤的电源正极VCC端连接，太阳能电池板的负极接地。
2.如权利要求1所述的高精度太阳能人体秤，其特征在于所述的电子秤包括秤体、秤盘、4个金属应变型重量传感器、电容C13、液晶显示器、单片机IC1、6个三极管Q1-Q6、3个按键开关K1-K3和电解电容C1，所述秤盘装在固定于秤体四个角上的金属应变型重量传感器上，4个金属应变型重量传感器上的各R+ΔR和R-ΔR端分别与单片机IC1的SG_A1和SG_A2端、SG_B1和SG_B2端、SG_C1和SG_C2端、SG_D1和SG_D2端连接，4个金属应变型重量传感器上的各R+ΔR与R-ΔR之间的输出线均与单片机IC1的LOAD1端和LOAD2端、三极管Q1-Q5的基极及电容C13连接，电容C13的另一端接地，三极管Q1-Q6的发射极均与单片机IC1的UCOMP1端连接，三极管Q1-Q5的集电极均与单片机IC1的SENSE_OUT端和STOP2端连接，三极管Q6的基极与单片机IC1的UCOMP2端连接，单片机IC1的SPI_SO_IO0端经开机按键开关K1接电源，单片机IC1的SPI_SI_IO1端经计量单位转换按键开关K2接电源，单片机IC1的SPI_SSN_RST端经电阻和关机按键开关K3接电源，电解电容C1的两端分别与太阳能电池板的两端连接，单片机的LCD_COM1-LLCD_COM3、LCD_SEG1-LCD_SEG14端与液晶显示器的对应端连接。
3.如权利要求1或2所述的高精度太阳能人体秤，其特征在于所述太阳能电池板选用SS-5649-AY11型或SS-6728-AY11型或SS-8223-AY11型或SS-9527-AY11型或SS-9719-AY11型或SS-8223A-BY11型，低功耗精密电压检测电路IC2选用STM1061型或SOT23-3型，低功耗电压模拟开关电路IC3选用FSA66P5X型或MAA05型，稳压电路IC4选用HT7325型或XC6206型，金属应变型重量传感器选用LOADCELL型。
4.如权利要求2所述的高精度太阳能人体秤，其特征在于所述单片机IC1选用德国ACAM公司生产的PS08或PS081或PS021型单片机。
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