厨房电子称 方案设计
一、硬件设计 要制作一个电子称，你必须要设计以下几种关键电路部分：压力传感器部
分、ADC 模数转换部分、主 控电路部分、显示器部分。让我们一起看看各部分电路所起的
作用。 1.1 压力传感器部分 电子称，一般选用压力传感器，因为厨房秤经常会称一些几 g
的东西，所以，压力传感器的选型主要 考虑的是量程。比如，市场上有一种称为 S 型压力
传感器的，主要用在工业控制场合，量程很大比如 1 吨 的，它的允许误差可能就有 1 千
克，所以做一个药房称非常不合适。这里，我们选用悬臂梁式压力传感器， 这种传感器有
一些是小量程的，比如 1KG，比如 10KG，这些都非常适合做厨房称，分辨率可达 1g。
上图是压力传感器的内部电路示意图，E+和 E-之间接上一个激励电压比如 3.7V。当有重
物压在受力 端时，S+和 S-之间会产生一个电压，这个电压会随着重物的增加而变大，而
且是一个线性的对应关系。 比如 1 克对应的电压是 1mV，10 克对应的电压是 10mV，
由此，我们就可以计算出，100mV 对应的就是 100 克。我们就是通过检测这个电压来计
算物体的重量的。 我们最终选定“技小新-10kg 称重传感器”，压力传感器带秤盘，引出 4
条线，分别是 E+（红） E- （黑） S+（绿） S-（白）。
1.2 ADC 模数转换部分 上面刚说了，通过检测传感器的电压，就可以计算出重量，所以
就需要一个模拟电压采集电路，看上 图可以知道，S+和 S-实际上是一个电桥的输出。假
设，压力传感器的输出灵敏度为 1mV/V，即表示若激励 电压是 5V，则输出范围±5mV。
这个输出电压通常是几毫伏，不仅非常微小，而且这还是一对差分信号。 比如 S+对地电
压是 2.51V，S-对地电压是 2.50V，那么 S+和 S-之间的电压差就是 0.01V，这个 0.01V
的信 号就叫差分信号，他们的共模电压就是 2.50V。在检测电压时，可以先检测一下 S+
的对地电压，再检测一 下 S-的对地电压，然后再做一个减法运算就行了，这样需要采集两
次电压，不仅增加了运算量，而且每次 采集都是带误差的，而且这里的有效信号仅仅是那
个 0.01V 的差。 所以，我们就需要一个差分 ADC 芯片，例如：CS1237。这个芯片的输
入信号可以是一个差分信号，也 就是那个 0.01V 的电压，而且内部还带有一个放大器，可
以把这个 0.01V 的信号放大 128 倍。由于是差分 输入的芯片，所以需要特别注意一下它
能够承受的共模电压大小，CS1237 可以承受最大共模电压是芯片的 电源电压。 这是在
CS1237 的官网找到的一个接电桥的应用电路。 还是假设 S+和 S-之间的电压差是 0.01V，
那么可以经过 128 倍放大，就变成了 1.28V。 使用上图所示的接线方法，使用 3.3V 的供
电，由于是差分输入的结构，所以 CS1237 可以接受的信号是± 3.7mV。这样有一个好处，
就是当传感器安装时候，不用担心受力方向了，不管如何安装，只要经过校准， 都可以检
测到有效的重量。 我们最终选定“技小新-CS1237 差分 ADC 模块”，称重传感器的 4 条线
可以接到 ADC 模块的接线端子 上，排针接口用来和单片机连接，通信方式为 2 线 SPI。
1.3 主控单片机部分 想要读取 CS1237 的数据，并且计算出实际对应的重量，需要一个单
片机的参与。 我们最终选定“技小新-IAP15W4K58S4 单片机最小系统板”，此单片机本身自
带的 ADC 可以用来检测 电池的电压，所以，我们还可以给电子称加入显示电池电压的功
能。 1.4 显示器部分 显示器，我们可以选用数码管、TFT、LCD、OLED 等。这里我们使用
更加炫酷的 OLED 显示出电池电压 和物体重量。 我们最终选定和单片机最小系统板配套
的“技小新-0.96 寸 OLED 显示模块”，通过 I2C 接口与单片机 连接。
二、程序设计 硬件电路部分的搭建就完成了，接下来我们看看程序怎么设计。 要想测得一
个重量，步骤流程是这样的：用户把东西放到称重传感器以后，S+ S-两条线产生了压差，
CS1237 差分 ADC 模块采集到了压差，并且转换成了数字信号，单片机通过它们之间的 2
线 SPI 口与 ADC 模 块通信，要到了电压数据，单片机经过一定的算法，把这个电压数据
计算成了重量，然后把这个重量值显 示到 OLED 显示模块上。 除此之外，还会加入一些
