基于AT89S52單片機(jī)的雙精度電子稱設(shè)計

靳 姍

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長治 046011）

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

單片機(jī)具有成本低、功耗低、體積小、運(yùn)算功能強(qiáng)和技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，常用作較簡單功能系統(tǒng)的控制核心。本文采用AT89S52單片機(jī)作為該電子秤的控制核心。當(dāng)把物體放到秤盤上時，壓力傳感器產(chǎn)生形變，對應(yīng)阻值發(fā)生改變，其構(gòu)成的電橋電路輸出電壓改變，并輸出一個隨物體重量不同而變化的模擬信號。此信號經(jīng)過濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換處理后，傳輸?shù)紸T89S52單片機(jī)的控制單元內(nèi)，按照編寫的程序要求將鍵盤的輸入和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，并對超重等情況進(jìn)行報警。

2 電路設(shè)計

該電子秤電路設(shè)計主要包括五大模塊，即重量采集模塊、信號處理模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊和報警模塊。

2.1 重量采集模塊

常用稱重傳感器有效量程在20%～80%時測量誤差在±0.01kg。通過查找相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，測量范圍在幾十千克、振動不大的場合，L-PSIII型傳感器精度高，具有過載保護(hù)裝置，最大量程為20kg，精度為0.01%，滿量程時誤差為0.002kg；由組合式S型梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計構(gòu)成的SP20C-G501，具有過載保護(hù)裝置，最大量程為7.5kg，精度為0.05%，滿量程時誤差為0.01kg。為保證電子秤稱量結(jié)果的準(zhǔn)確性，克服傳感器在低量程段線性度差等缺點(diǎn)，在稱重0～2kg的物品時，人們可以選用L-PSIII型傳感器構(gòu)成稱重電路；在稱重2～10kg的物品時，可以選用SP20C-G501電阻應(yīng)變傳感器構(gòu)成稱重電路。

考慮到惠斯登電橋具有抑制溫度變化、抑制干擾、補(bǔ)償方便等優(yōu)點(diǎn)，人們可以利用上述電阻應(yīng)變式傳感器組成四臂電橋（全橋）電路，實(shí)現(xiàn)壓力信號的采集。

電阻應(yīng)變式傳感器在稱重傳感器中應(yīng)用最為廣泛，其中應(yīng)變片是稱重傳感器的核心部件，彈性元件是其基礎(chǔ)組成部分。當(dāng)彈性元件受力發(fā)生形變時，應(yīng)變片上粘貼的敏感柵發(fā)生變形，傳感器的阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，經(jīng)信號處理電路后轉(zhuǎn)為電壓或電流的變化，其輸出電壓信號由式（1）給出。

2.2 信號處理模塊

由于壓力傳感器的輸出電壓信號均在0～20mV，而A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓要求在-2～2V，因此要求運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)至少達(dá)到100倍。考慮到INA126具有靜態(tài)電流小、電源范圍寬、外接元件少、功耗低、精度高、自動校零等特點(diǎn)，只需調(diào)節(jié)外接電阻RG就可實(shí)現(xiàn)5～10000范圍內(nèi)的任意增益。

在實(shí)際測量中，檢測到的電壓信號是連續(xù)變化的模擬量，而單片機(jī)只能接收數(shù)字信號，需將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，即A/D轉(zhuǎn)換模塊。考慮到AD574轉(zhuǎn)換器具備外接元件少、功耗低、精度高、自動校零、自動極性轉(zhuǎn)換、外接阻容件少等特點(diǎn)，經(jīng)計算，其精度為5/2048=0.0024，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于誤差±0.005，并且價格明顯低于其他同類產(chǎn)品（如MAX197）。

2.3 鍵盤控制模塊

單片機(jī)利用掃描式方法判斷有無按鍵按下，即CPU在規(guī)定的周期內(nèi)，通過掃描每個按鍵數(shù)據(jù)線上有無信號的方式判斷該按鍵是否被按下。本文設(shè)計的電子秤需要設(shè)置輸入常用的十進(jìn)制數(shù)字，還需具備復(fù)位、清零、確認(rèn)、刪除等常用功能，因此共需設(shè)計16個按鍵。考慮到所選用AT89S52單片機(jī)的數(shù)據(jù)引腳問題，同時擴(kuò)展式鍵盤——矩陣式鍵盤具備連接較少數(shù)據(jù)線即可產(chǎn)生多個按鍵，比如3×3的矩陣鍵盤就可產(chǎn)生9個按鍵，但只需6根數(shù)據(jù)線。因此選用矩陣式4×4的鍵盤，即可完成16個按鍵的輸入。

2.4 數(shù)據(jù)顯示模塊

顯示器是人機(jī)交換的重要部分，它可以將信號轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)CPU處理后直觀地進(jìn)行顯示。由于LED數(shù)碼管顯示，不僅需要動態(tài)掃描，還需借助74LS164移位寄存器進(jìn)行移位，考慮到存儲時麻煩易出錯，選用LCD1602液晶顯示器，用來顯示物品信息、價格等。

2.5 報警模塊

智能稱重儀器一般都具有報警和通信功能，當(dāng)出現(xiàn)稱重系統(tǒng)運(yùn)行錯誤、重量超出測量范圍或超出用戶設(shè)置的上下限等情況時，及時提醒用戶。在本系統(tǒng)中，設(shè)置報警功能的目的就是為防止儀器損壞，當(dāng)不在電子秤測量范圍內(nèi)時，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶。

3 軟件設(shè)計

為了方便程序編程與調(diào)試，軟件設(shè)計采用自上而下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法，將編程步驟細(xì)分，確保每個功能模塊相互獨(dú)立、能完成一個明確的任務(wù)以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能。C語言作為一種通用的計算機(jī)程序設(shè)計語言，本文所有程序均采用C語言編寫，包括主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤掃描子程序、液晶顯示子程序、軟件驅(qū)動程序、報警子程序等。具體設(shè)計思路：經(jīng)初始化子程序后，通過壓力傳感器及信號處理電路獲得物體重量，通過鍵盤輸入物品單價，由此單片機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后計算得到總價（=單價×物體重量），實(shí)時顯示十進(jìn)制的物重、單價及總價。當(dāng)采集的物體重量低于最小設(shè)定值或超出最大設(shè)定值時，蜂鳴器和指示燈發(fā)出報警信號。

4 電子稱工作原理

電子稱工作原理圖，如圖1所示。

圖1 電子稱總電路圖及仿真運(yùn)行

5 結(jié)語

該雙精度電子秤主要是針對中小型市場中常用的稱重衡器無法滿足同時能稱重微量物品和較重物品而設(shè)計的。稱重系統(tǒng)啟動后，單片機(jī)控制芯片可依據(jù)重量參數(shù)自動選擇壓力式傳感器，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理后，在液晶屏上直觀顯示物品重量、單價、總價等信息，并可通過鍵盤調(diào)價，以達(dá)到商品稱重的自動化、數(shù)字化和智能化。