基于應(yīng)變原理的電子秤設(shè)計

1、基于應(yīng)變原理的電子秤設(shè)計摘要本文介紹了一種基于應(yīng)變傳感器的電子秤設(shè)計，系統(tǒng)由檢測信號放大電路、檢測信號轉(zhuǎn)換電路和顯示電路、單片機(jī)、數(shù)據(jù)采集電路。關(guān)鍵詞傳感器單片機(jī)AT89S52Abstract:keywords:Sensor;MUC;AT89S52;electronicscale1 .緒論現(xiàn)代社會的發(fā)展對其稱重技術(shù)提出了更高的要求，日常生活使用的稱是廠家制作好的，不能更改使用功能，因此自行實現(xiàn)電子秤具有十分重要的作用。1.1 設(shè)計背景60年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子衡器以來，衡器技術(shù)在不斷進(jìn)步和提高。從世界水平看衡器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了四個階段，從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械稱到用電子線路代替部分

2、機(jī)械元器件的機(jī)電結(jié)合秤，再從集成電路式到目前的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的電子計價秤。我國電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型?，F(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展：電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展；計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實驗和應(yīng)用工程的自動化程度得以顯著提高。根據(jù)近些年來電子稱重技術(shù)和電子衡器的發(fā)展情況及電子衡器市場的需求，電子稱的發(fā)展動向為：小型化、

3、模塊化、智能化、集成化；其技術(shù)性能趨向于速率高、準(zhǔn)確度高、可靠性高；其應(yīng)用性趨向綜合性、組合性。11.2 設(shè)計意義稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設(shè)備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟(jì)效益的提高。稱重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的

4、消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。電子秤是稱重技術(shù)中的一種新型儀表，廣泛應(yīng)用于各種場合。電子秤與機(jī)械秤比較有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價格低、實用價值強(qiáng)、維護(hù)方便等特點，可在各種環(huán)境工作，重量信號可遠(yuǎn)傳，易于實現(xiàn)重量顯示數(shù)字化，易于與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，提高勞動生產(chǎn)率。從世界水平看，衡器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了四個階段，從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械稱到用電子線路代替部分機(jī)械元器件的機(jī)電結(jié)合秤，再從集成電路式到目前的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的電子計價秤。我國電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字

5、智能型。現(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展：電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展；計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展。常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實驗和應(yīng)用工程的自動化程度得以顯著提高。22 .總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計要求稱重范圍05Kg,稱重誤差小于1%,可以自主設(shè)置被稱量物體的價格，并顯示付款金額等功能，基于這個指標(biāo)和要求研究電子秤設(shè)計思路。2.2 系統(tǒng)框架設(shè)計系統(tǒng)主要由控制、測量、報警、數(shù)據(jù)顯示、鍵盤

6、和電源等6個部分組成，其設(shè)計框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖設(shè)計2.3 電子秤工作原理測量部分是利用電阻應(yīng)變片式稱重傳感器測量壓力信號，當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺上時，應(yīng)變片發(fā)生形變，傳感器隨之產(chǎn)生力電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系（線性關(guān)系）的模擬電信號（電流或電壓）。此電信號一般比較微弱，經(jīng)過放大電路放大、濾波后再由模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，再送入CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤和各種功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析，由儀表的軟件來控制各種運算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號。運算結(jié)果送到內(nèi)存，需要顯示時，CPU發(fā)出命令，從內(nèi)存中

7、讀出送到顯示器顯示，或送到打印機(jī)打印。3 .系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 控制電路控制部分選用內(nèi)部帶有8KB的AT89S52單片機(jī)，其引腳圖如圖2所示，電路框圖如圖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號丁匚號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)圖2AT89S52弓I腳圖LED顯示窘段碼驅(qū)動電路U10位LE口顯示器電路U&圖3控制部分電路框圖3.2傳感器電路圖4傳感器電路原理圖數(shù)據(jù)采集部分包括稱重傳感器、處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。傳感器選用具有過LED

9、顯示器位碼3R動電路SP20C-G501,內(nèi)部惠斯頓電橋具有抑制溫度變化的影響、抑制干擾等優(yōu)點。稱重傳感器工作原理圖如4所示，其輸出信號電壓為：E空十空十空十出,mEfutinR2R4R1RR3R43.3 放大電路傳感器輸出電壓范圍為020mVo而A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求020mV,因此放大環(huán)節(jié)要有100倍左右的增益。采用INA128放大器設(shè)計的電路如圖5所示。圖5基于INA128放大器的放大電路圖5的放大電路中，前級采用運放A1和A2組成并聯(lián)型差動放大器。阻容耦合電路放在前級放大器和后級放大器之間，這樣可以為后級放大器提高增益，進(jìn)而提高電路的共模抑制比。同時，由于前置放大器的輸出阻抗很低，又

10、采用共模抑制技術(shù)避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不對稱（匹配）導(dǎo)致的共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾的情況發(fā)生。后級電路采用廉價的儀器放大器，將雙端信號轉(zhuǎn)換為單端信號輸出。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級放大器可以做到很高的增益，進(jìn)而得到很高的共模抑制比。3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路和鍵盤電路本設(shè)計采用精度高、價格低廉、功耗較低的12位A/D轉(zhuǎn)換器AD754來設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換。由于電子秤需要設(shè)置單價（10個數(shù)字鍵），還具有確認(rèn)、刪除等功能，包括復(fù)位鍵公17個。16個按鍵采用4X4矩陣式鍵盤，圖6所示是其電路圖，其中復(fù)位鍵使用獨立式按鍵實現(xiàn)。LCD液晶顯示來設(shè)計。當(dāng)稱重物體重量超I/O值為高電平，三極管導(dǎo)通，

11、使蜂鳴器發(fā)7所示。3.5 顯示和數(shù)據(jù)輸出載荷測量裝置設(shè)計系統(tǒng)采用過系統(tǒng)設(shè)計所允許的重量時，通過程序使單片機(jī)出報警聲，同時報警燈D1發(fā)光。其報警電路如圖圖64X4矩陣式鍵盤原理圖圖8報警電路圖3.6 顯示和數(shù)據(jù)輸出載荷測量裝置設(shè)計本設(shè)計采用LCD12864顯示屏作為單片機(jī)的顯示電路。單片機(jī)的控制顯示步驟主要為:首先對LCD進(jìn)行初始化，顯示顯示為手動設(shè)置界面，此時可通過上下左右四個方向?qū)蝺r及重量（軟件調(diào)試過程中）進(jìn)行手動設(shè)置，同時輔以累加功能，此時顯示屏上可顯示出單價、重量、金額及累計金額（累加的金額數(shù)為默認(rèn)值，不予顯示）圖7LCD顯示電路圖R210K如圖7所示，采用LCD12864作為顯示電路

12、，其中R3電阻和10科F的電容組成上電復(fù)位電路，對LCD的點陣都初始化為0;圖中R2電位器是用來調(diào)節(jié)LCD顯示對比度。RS、RW、EN、CS2、CS1為LCD的控制信號。當(dāng)稱重物體重量超過系統(tǒng)設(shè)計所允許的重量時，通過程序使單片機(jī)I/O為高電平，三極管導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)出報警聲，同時報警燈D1發(fā)光。其報警電路如圖8所示。3.7 電源電路設(shè)計由于傳感器需要+12V的電源，而系統(tǒng)其他芯片使用+5V電源，因此，本設(shè)計采用的電源電路如圖9所示。220V交流電經(jīng)過變壓器后輸出15V交流電壓，經(jīng)整流電路變直流，通過LM7812和LM7905進(jìn)彳TDC/DC變換。得到+12V和+5V電壓。變壓器原邊加入熔斷保護(hù)

13、裝置和MFC網(wǎng)絡(luò)，使得系統(tǒng)獲得的電壓更穩(wěn)定，且電路短路時，熔斷裝置迅速切斷電源，保護(hù)其他電路元件不被損壞。IVik圖9電源電路圖4 .系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件系統(tǒng)設(shè)計的基本思想是充分利用單片機(jī)控制的優(yōu)勢，實現(xiàn)稱重過程的一系列要求，提高系統(tǒng)的可靠性3。系統(tǒng)軟件由6個模塊構(gòu)成，分別是主程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)制轉(zhuǎn)換模塊、鍵盤掃描控制模塊、顯示模塊和報警模塊。其中主程序模塊主要完成芯片初始化,按需要調(diào)用子程序；A/D轉(zhuǎn)換模塊主要完成在系統(tǒng)開始運行時，把傳感器傳遞過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞到單片機(jī)所涉及到的程序設(shè)計；數(shù)制轉(zhuǎn)換模塊主要完成數(shù)制的轉(zhuǎn)換；鍵盤掃描控制模塊主要是判斷按鍵編碼，然后根據(jù)編碼將鍵盤代表的數(shù)值送到相應(yīng)的存儲單元，再進(jìn)行功能選擇或數(shù)據(jù)處理。顯示模塊主要判斷是否需要顯示，以及如何去顯示。報警模塊主要是比較設(shè)定值與實時顯示值，設(shè)定值比較小時，則將P1.0置1,將二極管點亮，蜂鳴器發(fā)出報警聲音。5 .結(jié)論基于電阻應(yīng)變片式電子秤集微處理技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)字顯示技術(shù)等于一體，設(shè)計了一款多功能的電子秤。經(jīng)過不斷的改進(jìn)與實驗，成功地實現(xiàn)了電子秤的稱重、計價、顯示等功能，完成了低成本的項目改造。而且還提出了從硬件和軟件方面的措施來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效地提高了系統(tǒng)的抗一干擾能，靈活性好，準(zhǔn)確度高，操作簡單方便。參考文獻(xiàn)1任治斌.MCS51單片機(jī)在電子皮帶自動化中的應(yīng)