【正文】 不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了其礎(chǔ)，國(guó)外如美國(guó)、西歐等一些國(guó)家在 2 0 世紀(jì) 6 0 年代就出現(xiàn)了 0 .1%稱量準(zhǔn)確度的電子秤，并在 7 0 年代中期約對(duì) 75%的機(jī)械秤進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式的電子化改造。稱重裝置不儀是提供重量數(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(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營(yíng)管理等多方面的作用。稱重裝置的應(yīng)用已遍及到圍民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國(guó)都非常重視。50 年代中期電子技術(shù)的滲入推動(dòng)了衡器制造業(yè)的發(fā)展。60 年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電了衡器以來(lái)，經(jīng)過(guò) 40 多年的不斷改進(jìn)與完善，我國(guó)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(dòng)態(tài)稱重發(fā)展：計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展，特別是對(duì)快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。通過(guò)分析近年來(lái)電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。電子秤是電了衡器中的一種，衡器是國(guó)家法定計(jì)量器具，是圍計(jì)民生、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。2 電子秤的組成 電子秤的基本結(jié)構(gòu) 電子秤是利用物體的重力作用來(lái)確定物體質(zhì)量（重量）的測(cè)量?jī)x器，也可用來(lái)確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電了秤均由以下三部分組成：(1) 承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。(2) 稱重傳感器 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。 按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、盧表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。 對(duì)稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要??；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。 (3) 測(cè)量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測(cè)量裝置 即處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放人器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等） 。這部分習(xí)慣上稱載荷測(cè)量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測(cè)量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。 電子秤的工作原理 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，其重量便通過(guò)秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力一電效應(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（一般成正比關(guān)系）的電信號(hào)（電壓或電流等） 。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模／數(shù)( A/D)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的 CPU 處理，CPU 不斷掃描鍵盤和各功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來(lái)控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般地信號(hào)的放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。 電子秤的計(jì)量性能 電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級(jí)等。3 (1) 量程：電子衡器的最大稱量 Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。 (2) 分度值：電子秤的測(cè)量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用 e 或 d 來(lái)表示。 (3) 分度數(shù)：衡器的測(cè)量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用 n 表示。 電子衡器的最大稱量 Max 可以用總分度數(shù) n 與分度值 d 的乘積來(lái)表示，即Max=nd (4) 準(zhǔn)確度等級(jí)國(guó)際法制計(jì)量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成 T、II、III、Ⅳ四類等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù) n 的范圍，如表 1 所示：表 1 不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù) 本設(shè)計(jì)思路目前，臺(tái)式電子秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍，但存在較大的局限性：體積大、成本高、攜帶不便、應(yīng)用場(chǎng)所受到制約?，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量的彈簧秤，居民用戶使用的基本是桿秤。彈簧盤秤制造工藝要求較高，彈簧的疲勞問(wèn)題無(wú)法徹底解決，一旦超過(guò)彈簧彈性限度，彈簧秤就會(huì)產(chǎn)生很大誤差，以至損壞，影響到稱重的準(zhǔn)確性和可靠性，只是一種暫時(shí)的代用品，也被列入逐漸取消的行列。微控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電子產(chǎn)品的更新速度達(dá)到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外，還增加了打印和通訊功能，可以實(shí)現(xiàn)和其他機(jī)器或設(shè)備（包括上位 PC 機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備）交換數(shù)據(jù)，除此之外，系統(tǒng)的微控制器部分選擇了兼容性比較好的 51 系列單片機(jī)，在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時(shí)候，只需要增加很少的硬件電路，甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。另外由于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，稱可以有一定量的過(guò)載，但不能超出要求的范圍，為此還設(shè)計(jì)了過(guò)載提示。綜上所述，本設(shè)計(jì)的主要思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號(hào)，標(biāo)志及等級(jí) 電子秤分類 分度數(shù)范圍特種準(zhǔn)確度 基準(zhǔn)衡器 n 100000高準(zhǔn)確度 精密衡器 10000 n≤100000中準(zhǔn)確度 商業(yè)衡器 1000 n≤10000普通準(zhǔn)確度 粗衡器 100n≤10004經(jīng)過(guò)電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后把數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)。單片機(jī)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后，得出當(dāng)前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來(lái)。主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍 0～600g，分度值 1kg，精度等級(jí) III 級(jí)，電源 AC220V。這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便，能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。52 系統(tǒng)方案論證與選型按照本設(shè)計(jì)功能的要求，系統(tǒng)由 5 個(gè)部分組成：控制器部分、測(cè)量部分、數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案框圖如圖 1 所示。圖 1 設(shè)計(jì)思路框圖測(cè)量部分是利用稱重傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)） ，而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路， ）處理后，送單片機(jī)中的 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，控制器接受來(lái)自 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)寧信號(hào)轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號(hào)，并將其送到顯示單元中。 控制器部分本設(shè)計(jì)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測(cè)量控制系統(tǒng)” 。這種新型的智能儀表在測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。再則由于系統(tǒng)沒(méi)有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，又考慮到本設(shè)計(jì)中程序部分比較大，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的的系統(tǒng)，可以選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，由于應(yīng)用程序不大，應(yīng)6用程序直接存儲(chǔ)存片內(nèi)，不用在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器，這樣電路也可簡(jiǎn)化。STC 公司的 12 系列的單片機(jī)都可使用，在這里選用 STC 生產(chǎn)的 STC12C5A60S2 單片機(jī)。STC12C5A60S2 與MCS51 相比有如下優(yōu)勢(shì)：第一， 指令集與 MCS51 系列單片機(jī)完全兼容第二， 片內(nèi)存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器，并且支持 SPIISP 在線編程，使程序?qū)懭敫臃奖?，提高了調(diào)試效率，縮短了開(kāi)發(fā)周期；第三， 提供了更小尺寸的芯片，使整個(gè)硬件電路體積更小。此外價(jià)格低廉、性能比較穩(wěn)定的 MPU，具有 64K8ROM、1RAM、2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器、5 個(gè) 8 位 I/O 接口。這些配置能夠很好地實(shí)現(xiàn)本儀器的測(cè)量和控制要求。第四， 單指令周期，運(yùn)行速度高。第五， 自帶上電復(fù)位電路，可減低單片機(jī)外圍電路的復(fù)雜程度。第六， 內(nèi)置 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度 25 萬(wàn)次/秒。經(jīng)過(guò)放大電路的信號(hào)是模擬信號(hào)即模擬量，需要把它變成數(shù)字量才能送入單片機(jī)控制系統(tǒng)受理，所以需要有 A/D 轉(zhuǎn)換電路?？紤]到其他部分所帶來(lái)的干擾 ,8 位 A/D 無(wú)法滿足系統(tǒng)精度要求。作為一般小商品稱重需求，我們只需要選擇 10 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器就可以了。 最后我選擇了 STC12C5A60S2 這個(gè)比較常用的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。STC12C5A60S2 內(nèi)部帶有 60KB 的程序存儲(chǔ)器，并且?guī)в?8 路 10 位精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器，基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。STC12C5A60S2 單片機(jī)的引腳圖如圖 2 所示。7圖 2 STC12C5A60S2 單片機(jī)的引腳圖 數(shù)據(jù)采集部分電子秤的數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、處理電路電路，因此對(duì)于這部分的論證主要分兩方面。 傳感器的選擇在設(shè)計(jì)中，傳感器是一個(gè)十分重要的元件，因此對(duì)傳感器的選擇也顯的特別的重要，不僅要注意其量程和參數(shù)，還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計(jì)的難以程度和設(shè)計(jì)性價(jià)比等等。傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最人偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。本設(shè)計(jì)要求稱重范圍 0600g，重量誤差不大于 。為保證電子秤稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點(diǎn)。傳感器的量程應(yīng)根據(jù)皮帶秤的最大流量來(lái)選擇。在實(shí)際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在20%～80%之間．線性好，精度高。重量誤差應(yīng)控制存177。，又考慮到秤臺(tái)自重、振8動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，確定傳感器的額定載荷為1K