本文设计了一种电子称重系统方案，该系统利用加速度传感器MPU6050测得系统工作平面的倾斜角度，从而对电子秤建立称重补偿模型，并提供了基于微处理器STM32的软、硬件设计与实现方案，使称重系统在轻度倾斜的工作平面上仍然能 够较为准确的称重。

引言

由于电子秤的结构以及重力等方而原因，电子秤在称量 物体时，其称量装置一般都被要求放置在平坦、稳固的台而 上，在使用前可以通过调节调整脚，使称重平而与水平而尽 量保持平行。如果一旦产生倾斜角度，那么势必会影响称重 效果，因此，本文设计了一款根据倾斜角度进行自动补偿的 高精度电子称重系统，有效的解决了由于倾角对称重造成的 影响。

1.原理分析

1.1倾斜角度的分析

一个高精度的电子称称重结果不仅仅取决于合理的机 械机构、良好的电路配合和高指标的传感器，还要取决丁-称 重时是否水平。由于大多数传感器都采用了电阻应变式传感 器，当物体作用于传感器时，其重力会使传感器形成一个微 小的差分电压信号，在经过模数转换后，经过CPU进行处理， 最终得到所称物体的实际重量。

当由于某种原因称重系统没有工作在水平而，工作平而 与水平而存在一夹角0，如图1所示。秤盘与其屮的被称物 体也随之与水平而存在夹角0。从静力学角度分析：

式屮：G为物体所受重力；P为称重传感器垂直方向上 所受的力；F为水平方向上所受的力。

P垂直作用于称重传感器是称重传感器设计受力的方向， 在允许的范围内，由此方向施力于称重传感器电桥，输出具 有良好的线性力。F平行于称重传感器，根据系统倾斜方向 的会使传感器发生整体拉仲、压缩、扭曲和变形，会导致电 桥非线性输出，但是，传感器受力方向不是水平方向，由于 传感器结构的原因，水平方向受力发生变形的敏感程度要远 远小于垂直方向，尤其是当0和G都很小时，水平方向上的 分量G sin0更是微乎其微甚至可以忽略。

由此，可以得出，当称处于非水平的情况下，其误差为： e = G(1 - cos0)⑵

由式（2)可以看出，当物体重量相同时，误差会随着 倾斜角度0的变大而变大。物体重量越大，误差也就越大。 所以，倾斜角度的大小对称重的准确性上具有非常大的的影

响。

1.2倾斜角度的测量

本文使用MPU6050加速度传感器测量X、Y、Z轴的加速 度，然后根据重力加速度与传感器三个轴的分量关系，可以 计算出倾斜角度。

如图所示，物体水平放置时的示意图，X、Y轴加速度都 为0，

2.系统的设计与实现

2.1 系统结构

补偿式智能电子秤主要有：电源模块、控制模块、称重 模块、检测模块、AD转换模块、显示模块等部分组成。当物 体放在秤台上时，称重传感器获得物体的重力，产生差分电 压信号，经过模数转换器转化成数字信号送到CPU处理，CPU 将处理过后的数据送到显示电路进行显示。

当称重平而与水平而存在一定倾斜角度时，CPU不断采 样加速度传感器两个方向加速度对应的输出电压，通过内部 A/D转换器得到可运算的数字量，再经过一定方法的计算判 断出称重系统工作平而的倾斜程度，根据不同的倾斜程度再 进行相应的计算，即可得出经过补偿的称重数值或进行报警 提示。整体框图如图3。

2.3倾斜角度数据处理

由于电子称的倾斜角度是通过加速度传感器测量得來 的，所以倾斜角度的准确性将会严重影响到整个系统的补偿 效果，为了能够得到稳定可靠的倾斜角度，将加速度传感器 MPU6050输出值进行卡尔曼滤波处理。

3.实验结果与误差分析

将系统分别置于0°、5°和10°的倾斜角度下，进行 实验，分别取20g、50g、100g和200g的标准砝码置于秤盘 上，获得的补偿前和补偿后的重量及相关误差如下表所示：

从表屮可以看出，误差最大的达到了 3.87g，对其进行 补偿后，误差降到了 0.12g，并且随着倾斜角度的增加，误 差也越來越大，进行倾斜角度补偿后，其系统的性能有了大 幅度提升。

4.结论

本文设计了一种基于MPU6050加速度传感器的倾斜角度 检测补偿的电子称，降低了称体倾斜对称重系统造成的误差。 分别分析了倾斜角度的影响、倾斜角度的测量及倾斜角度的 补偿模型，设计了系统的硬件，并且使用了卡尔曼滤波进行 了数据处理，获得了更加准确稳定的倾斜角度。最后，进行 了实验验证，实验结果显示，本系统能够很好的解决倾斜角 度对称重的影响.