基于应变原理的电子秤设计

1、基于应变原理的电子秤设计摘要本文介绍了一种基于应变传感器的电子秤设计，系统由检测信号放大电路、检测信号转换电路和显示电路、单片机、数据采集电路。关键词传感器单片机AT89S52Abstract:keywords:Sensor;MUC;AT89S52;electronicscale1 .绪论现代社会的发展对其称重技术提出了更高的要求，日常生活使用的称是厂家制作好的，不能更改使用功能，因此自行实现电子秤具有十分重要的作用。1.1 设计背景60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，衡器技术在不断进步和提高。从世界水平看衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分

2、机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展：电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。根据近些年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子称的发展动向为：小型化、

3、模块化、智能化、集成化；其技术性能趋向于速率高、准确度高、可靠性高；其应用性趋向综合性、组合性。11.2 设计意义称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的

4、消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子秤与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。从世界水平看，衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字

5、智能型。现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展：电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。22 .总体方案设计2.1 设计要求称重范围05Kg,称重误差小于1%,可以自主设置被称量物体的价格，并显示付款金额等功能，基于这个指标和要求研究电子秤设计思路。2.2 系统框架设计系统主要由控制、测量、报警、数据显示、键盘

6、和电源等6个部分组成，其设计框图如图1所示。图1系统框图设计2.3 电子秤工作原理测量部分是利用电阻应变片式称重传感器测量压力信号，当被称物体放置在秤体的秤台上时，应变片发生形变，传感器随之产生力电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（线性关系）的模拟电信号（电流或电压）。此电信号一般比较微弱，经过放大电路放大、滤波后再由模数（A/D）转换成为数字信号，再送入CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析，由仪表的软件来控制各种运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号。运算结果送到内存，需要显示时，CPU发出命令，从内存中

7、读出送到显示器显示，或送到打印机打印。3 .系统硬件设计3.1 控制电路控制部分选用内部带有8KB的AT89S52单片机，其引脚图如图2所示，电路框图如图3所示。(T2)P10匚140vcc(T2EX)P1.1r239二1PQ.Q(ADO)P12匚338口P0.1(AD1)P13L437,JP0.2(AD2)P1.4I53e1P0.3(AD3)fMCSl)P1.5I635-IP0.4(AD4)fMtSO)P1.6匚734P0.5(ADS)(GCK)P17匚a33P0.6(AD6)R号丁匚号32PC-7(AD7)(RXD)F30匚1031二1EA/VF»P(TXD)P3.1匚113QA

8、LE/PROGINTO)P3,2L1229PSEZ(INTt)P3.3r1328-lP2.7(A151(TOJP34r1427P26(A14i(T1)P35i1526_lP25(A13.(WRjP36L1625_P24(A12j(RD)P3.7匚1724P23(A11IXTAL2二1823一P2.2(A10XTAL11922P21pA9»GNDL2021P2.D(A8)图2AT89S52弓I脚图LED显示窘段码驱动电路U10位LE口显示器电路U&图3控制部分电路框图3.2传感器电路图4传感器电路原理图数据采集部分包括称重传感器、处理电路和A/D转换电路。传感器选用具有过LED

9、显示器位码3R动电路SP20C-G501,内部惠斯顿电桥具有抑制温度变化的影响、抑制干扰等优点。称重传感器工作原理图如4所示，其输出信号电压为：E空十空十空十出,mEfutinR2R4R1RR3R43.3 放大电路传感器输出电压范围为020mVo而A/D转换的输入电压要求020mV,因此放大环节要有100倍左右的增益。采用INA128放大器设计的电路如图5所示。图5基于INA128放大器的放大电路图5的放大电路中，前级采用运放A1和A2组成并联型差动放大器。阻容耦合电路放在前级放大器和后级放大器之间，这样可以为后级放大器提高增益，进而提高电路的共模抑制比。同时，由于前置放大器的输出阻抗很低，又

10、采用共模抑制技术避免了阻容耦合电路中的阻、容元件参数不对称（匹配）导致的共模干扰转换成差模干扰的情况发生。后级电路采用廉价的仪器放大器，将双端信号转换为单端信号输出。由于阻容耦合电路的隔直作用，后级放大器可以做到很高的增益，进而得到很高的共模抑制比。3.4 A/D转换电路和键盘电路本设计采用精度高、价格低廉、功耗较低的12位A/D转换器AD754来设计A/D转换。由于电子秤需要设置单价（10个数字键），还具有确认、删除等功能，包括复位键公17个。16个按键采用4X4矩阵式键盘，图6所示是其电路图，其中复位键使用独立式按键实现。LCD液晶显示来设计。当称重物体重量超I/O值为高电平，三极管导通，

11、使蜂鸣器发7所示。3.5 显示和数据输出载荷测量装置设计系统采用过系统设计所允许的重量时，通过程序使单片机出报警声，同时报警灯D1发光。其报警电路如图图64X4矩阵式键盘原理图图8报警电路图3.6 显示和数据输出载荷测量装置设计本设计采用LCD12864显示屏作为单片机的显示电路。单片机的控制显示步骤主要为:首先对LCD进行初始化，显示显示为手动设置界面，此时可通过上下左右四个方向对单价及重量（软件调试过程中）进行手动设置，同时辅以累加功能，此时显示屏上可显示出单价、重量、金额及累计金额（累加的金额数为默认值，不予显示）图7LCD显示电路图R210K如图7所示，采用LCD12864作为显示电路

12、，其中R3电阻和10科F的电容组成上电复位电路，对LCD的点阵都初始化为0;图中R2电位器是用来调节LCD显示对比度。RS、RW、EN、CS2、CS1为LCD的控制信号。当称重物体重量超过系统设计所允许的重量时，通过程序使单片机I/O为高电平，三极管导通，使蜂鸣器发出报警声，同时报警灯D1发光。其报警电路如图8所示。3.7 电源电路设计由于传感器需要+12V的电源，而系统其他芯片使用+5V电源，因此，本设计采用的电源电路如图9所示。220V交流电经过变压器后输出15V交流电压，经整流电路变直流，通过LM7812和LM7905进彳TDC/DC变换。得到+12V和+5V电压。变压器原边加入熔断保护

13、装置和MFC网络，使得系统获得的电压更稳定，且电路短路时，熔断装置迅速切断电源，保护其他电路元件不被损坏。IVik图9电源电路图4 .系统软件设计软件系统设计的基本思想是充分利用单片机控制的优势，实现称重过程的一系列要求，提高系统的可靠性3。系统软件由6个模块构成，分别是主程序模块、A/D转换模块、数制转换模块、键盘扫描控制模块、显示模块和报警模块。其中主程序模块主要完成芯片初始化,按需要调用子程序；A/D转换模块主要完成在系统开始运行时，把传感器传递过来的模拟信号转换成数字信号并传递到单片机所涉及到的程序设计；数制转换模块主要完成数制的转换；键盘扫描控制模块主要是判断按键编码，然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元，再进行功能选择或数据处理。显示模块主要判断是否需要显示，以及如何去显示。报警模块主要是比较设定值与实时显示值，设定值比较小时，则将P1.0置1,将二极管点亮，蜂鸣器发出报警声音。5 .结论基于电阻应变片式电子秤集微处理技术、传感器技术和数字显示技术等于一体，设计了一款多功能的电子秤。经过不断的改进与实验，成功地实现了电子秤的称重、计价、显示等功能，完成了低成本的项目改造。而且还提出了从硬件和软件方面的措施来提高系统的稳定性，有效地提高了系统的抗一干扰能，灵活性好，准确度高，操作简单方便。参考文献1任治斌.MCS51单片机在电子皮带自动化中的应