基于單片機的電子秤設計

馬小平

引言：電子稱主要以單片機作為中心控制單元，通過稱重傳感器進行模數轉換單元，在配以鍵盤、顯示電路及強大軟件來組成。電子稱不但計量準確、快速方便，更重要的自動稱重、數字顯示，對人們生活的影響越來越大，廣受歡迎。

一、稱重技術和衡器的發展

近年來，電子秤已愈來愈多地參與到數據處理和過程控制中。現代稱重技術和數據系統已經成為工藝技術、儲運技術、預包裝技術、收貨業務及商業銷售領域中不可缺少的組成部分。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子秤的發展奠定了其礎，國外如美國、西歐等一些國家在2 0世紀6 0年代就出現了0 .1%稱量準確度的電子秤，并在7 0年代中期約對75%的機械秤進行了機電結合式的電子化改造。

二、電子秤的工作原理

當被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產生力一電效應，將物體的重量轉換成與被稱物體重量成一定函數關系（一般成正比關系）的電信號（電壓或電流等）。此信號由放大電路進行放大、經濾波后再由模/數（ A/D）器進行轉換，數字信號再送到微處器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤和各功能開關，根據鍵盤輸入內容和各種功能開關的狀態進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運算。運算結果送到內存貯器，需要顯示時，CPU發出指令，從內存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機打印。一般地信號的放大、濾波、A/D轉換以及信號各種運算處理都在儀表中完成。

（一）本設計思路

按照本設計功能的要求，系統由5個部分組成：控制器部分、測量部分、數據顯示部分、鍵盤部分、和電路電源部分.

測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設計為電壓信號），而后經處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送單片機中的A/D轉換器，將模擬量轉化為數字量輸出，控制器接受來自A/D轉換器輸出的數字信號，經過復雜的運算，將數寧信號轉換為物體的實際重量信號，并將其送到顯示單元中。

（二）控制器部分

本設計由于要求必須使用單片機作為系統的主控制器，而且以單片機為主控制器的設計，可以容易地將計算機技術和測量控制技術結合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新換代的“智能化測量控制系統”。這種新型的智能儀表在測量過程自動化、測量結果的數據處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進展。再則由于系統沒有其它高標準的要求，又考慮到本設計中程序部分比較大，根據總體方案設計的分析，設計這樣一個簡單的的系統，可以選用帶A/D轉換器的單片機，由于應用程序不大，應用程序直接存儲存片內，不用在外部擴展存儲器，這樣電路也可簡化。

單片機的引腳圖

（三）傳感器的選擇

本設計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應變傳感器半橋式測量電路。它的兩只應變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導致彈性梁應變而產生的變化。其測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。當彈性體受力變形時，應變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發生相應變化，通過轉換電路轉換為電壓或電流的變化。

（四）放大電路選擇

由稱重傳感器的稱量原理可知，電阻應變片組成的傳感器是把機械應變轉換成△R/R，而應變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應變片電阻值120Ω，靈敏系數K=2，彈性體存額定載荷作用下產生的應變為l000￡，應變電阻相對變化量為：

△R/R=K×￡=2×1000×10-6 =0. 002

由上式可以看出電阻變化只有0.24Ω，其電阻變化率只有0.2%。這樣小的電阻變化既難以直接精確測量，又不便直接處理。因此，必須采用轉換電路，把應變計的△R/R變化轉換成電壓或電流變化，但是這個電壓或電流信號很小，需要增加增益放大電路來把這個電壓或電流信號轉換成可以被A/D轉換器接收的信號。

一般說來，集成化儀用放大器具有很高的共模抑制比和輸入阻抗，因而在傳統的電路設計中都是把集成化儀器放人器作為前置放人器。然而，絕人多數的集成化儀器放大器，特別是集成化儀器放大器，它們的共模抑制比與增益相關：增益越高，共模抑制比越大。而集成化儀器放大器作為心電前置放大器時，由于極化電壓的存在，前置放大器的增益只能在幾十倍以內，這就使得集成化儀器放大器作為前置放大器時的共模抑制比不可能很高。有同學試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網絡）來避免極化電壓使高增益的前置放大器進入飽和狀態，但由于信號源的內阻高，且兩輸入端不平衡，隔直電容（高通網絡）使等共模干擾轉變為差模干擾，結果適得其反，嚴重地損害了放人器的性能。

（五）顯示電路

1602液晶模塊的引腳連線如圖7。其中，第1、2腳為液晶的驅動電源；第三腳VL為液晶的對比度調節，通過在VCC和GND之間接一個10K多圈可調電阻，中間抽頭接VL，可實現液晶對比度的調節；液晶的控制線RS、R/W、E分別接單片機的P0.5、P0.6、P0.7；數據口接在單片機的P2口；BL+、BL-為液晶背光電源。

本文采用STC12C5A60S2單片機計的電子計重秤， 無論是計量精度， 還是穩定性都滿足國家對A級電子秤的要求， 它具有較好的標定校準方法， 性能穩定， 操作簡單， 價格低廉。該電子秤集傳感器技術、微計算機技術、數字顯示技術于一體、其反應靈敏、準確度高、顯示直觀，便于使用。

參考文獻

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[2]常健生.檢測與轉換技術.北京：機械工業出版社，2004.6.

[3]凌志浩.智能儀表原理與設計技術.上海：華東理工大學出版社，2003.8.

（作者單位：西北民族大學電氣工程學院）