基于单片机的电桥平衡自调节设计

在应变式火炮膛压测试仪中，直流不平衡电桥测量电路是测量火炮膛压信号的核心环节。由于电阻应变计阻值有一定的偏差，使得电桥在初始时达不到平衡，导致测试仪在没有应变时输出信号有为负值的可能性，致使测试仪所测得的数据无法以计算机数值校正方法实现。对于传统的机械电位器，手动调节的方法无法满足应变式火炮膛压测试仪封闭式、小体积的要求。本文设计的MSP430F2002单片机和MAX5402数字电位器所构成的电桥平衡自调节电路，具有结构简单、占用空间小、功耗低、可靠性高等特性，完全符合火炮膛压测试仪的要求。

1电桥平衡自调节原理
在火炮膛压测试仪中，考虑到测试仪壳体结构的限制以及低功耗的要求，采用的电桥为1／4直流源电桥。电桥平衡自调节电路如图1所示。

左图为电桥平衡自调节电路工作原理。其中，R1为电阻应变计温度补偿片，R2为电阻应变计工作片，R1=R2=R3=R4=120 Ω，Uo为电桥输出电压，Io为恒流源。由电路理论计算可知：

若R2·R3-R1·R4=0，则电桥保持平衡。测量中电桥初始输出值一般不为零，这可能导致传感器在测量信号时超过满量程或者为负值，使得通过A／D转换器所获得的数据不可靠。点画线内为电桥平衡调节的核心部分，其中O≤n≤1。
右图为左图的等效电路。由Y型-△型等效理论可知：

可知，Ra的大小决定了调节范围，Ra越小，调节范围就越大。在常用的120 Ω电阻应变计中，理想的Ra阻值范围一般为10～15 kΩ。