數(shù)字電子秤課程設(shè)計方案比較探究

陳凱強(qiáng)　楊天航　戶佳豪

摘? 要：本設(shè)計旨在用所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)的知識設(shè)計出一臺簡單的數(shù)字電子秤。電子秤具有稱重精確度高，簡單實(shí)用，攜帶方便成成本低，制作簡單，測量準(zhǔn)確，分辨率高，不易損壞和價格便宜等優(yōu)點(diǎn)。其電路構(gòu)成主要有運(yùn)放電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊，量程控制模塊，譯碼驅(qū)動顯示模塊。其中我們將采用三運(yùn)放大電路，主要的元件就是運(yùn)算放大器。就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測量結(jié)果。本設(shè)計有電路更簡單、結(jié)果更可靠和無需編程等優(yōu)勢，同時可大幅度降低元件成本。

關(guān)鍵詞：電子秤;Multisim仿真;模數(shù)轉(zhuǎn)換;壓敏電阻

引言：

電子秤是日常生活中常用的電子衡器廣泛應(yīng)用于超市、大中型商場、物流配送中心。電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機(jī)械式稱量工具。相比傳統(tǒng)的機(jī)械式稱量工具，電子秤具有稱量精度高、裝機(jī)體積小、應(yīng)用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點(diǎn)，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計量衡器。目前市場上使用的稱量工具，或者是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運(yùn)行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調(diào)整時間長，易損壞，維修困難，生產(chǎn)成本高。而且目前市場上電子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小型企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差且技術(shù)力量薄弱，設(shè)備不全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對性地開發(fā)出一套有實(shí)用價值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點(diǎn)，改善電子秤系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實(shí)意義。

一、設(shè)計背景

電子稱重技術(shù)是五六十年代發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。在我國發(fā)展比較晚，大約在80年代初才開始進(jìn)入我國，隨著計算機(jī)技術(shù)的普及電子稱重技術(shù)在我國得到了長足的發(fā)展，在其在商業(yè)衡器領(lǐng)域電子秤的應(yīng)用比例已達(dá)到7.7%，在工業(yè)計量領(lǐng)域電子稱重技術(shù)也廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、港口和碼頭、糧食等需定量包裝的各個行業(yè)。

雖然我國的電子衡器水平有了相當(dāng)?shù)奶岣撸旱c發(fā)達(dá)國家相比，無論應(yīng)用指標(biāo)還是技術(shù)指標(biāo)都有很大的差距，如國外的商用電子衡器的比例大約在80%以上，而我國目前僅7.7%，在高檔次的電子稱重產(chǎn)品中，如定量包裝秤、配料秤、自動校檢秤仍剛剛起步，水平尚待提高。

在稱重的理論研究方面存在巨大的差異。據(jù)悉，近年國際上解決運(yùn)動中和振動中的動態(tài)稱重的問題，運(yùn)用了工程動力學(xué)的稱重原理與技術(shù)處理動態(tài)稱重問題：突破了依賴靜力場下力平衡的稱重原理，相比之下我國在稱重理論研究方面相當(dāng)薄弱新材料，新技術(shù)的應(yīng)用也同國外發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距。在國際上衡器的發(fā)展幾乎能與計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)同步發(fā)展，己向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，而我國還處于剛剛起步階段。

二、總體方案設(shè)計

通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識，我主要提出了兩種技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對這兩種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述我最終選擇方案的原因。

（一）方案比較

1、方案一

方案一原理框圖如圖1所示：

將物塊置于壓敏電阻片上，運(yùn)放電路模塊將放大不同的模擬信號輸入A/D轉(zhuǎn)換器，

經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號將進(jìn)入數(shù)值比較器，通過數(shù)值比較得出所稱物塊的重量，然后經(jīng)過譯碼將所得數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管，最終結(jié)果將顯示在數(shù)碼管上。

2、方案二

方案二原理框圖如圖2所示：

方案二的信號產(chǎn)生、輸入和轉(zhuǎn)換電路與方案一類似，不同之處在于用單片機(jī)代替了比較器，增加了專門的外部時鐘源發(fā)生電路為單片機(jī)提供時鐘信號，通過單片機(jī)運(yùn)行編寫的程序來輸出物塊的重量到OLED顯示屏上。

（二）方案論證與選擇

本文要求設(shè)計一個數(shù)字電子秤，其主要實(shí)現(xiàn)的是物品秤重功能，首先，經(jīng)過帶有壓敏電阻的模擬電路產(chǎn)生模擬信號，通過運(yùn)放將信號放大，再通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，接著對信號進(jìn)行處理，最后輸出重量數(shù)據(jù)。

兩個方案均能實(shí)現(xiàn)該功能，但方案二在實(shí)現(xiàn)過程中使用元器件多，造成生產(chǎn)成本大，而且總體電路相對復(fù)雜，需要單獨(dú)設(shè)計的時鐘信號發(fā)生電路，對于數(shù)據(jù)的顯示還需要對單片機(jī)進(jìn)行編程，增加了工作量;方案一使用了元器件少，電路簡單，成本較低，易實(shí)現(xiàn)，便于設(shè)計者理解電路結(jié)構(gòu)，同時符合電子秤秤重的核心要求，能滿足日常生活的需要，也價格合適。

綜上所述，采用方案一來作為這次的設(shè)計電路。

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