【正文】 發(fā)展，在 21世紀(jì)種類繁多的電子稱重系統(tǒng)。通過分析近年來電子稱重產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子稱重系統(tǒng)總的發(fā)展趨勢是小型化、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。 選題背景與意義 電子稱重系統(tǒng)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，電子稱重系統(tǒng)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，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。電子稱重系統(tǒng)的設(shè)計首先是通過壓力傳感器采集到被測物體 的重量并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號。輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機(jī)中，再經(jīng)過單片機(jī)控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。 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)正時間長，易損件多，維修困難，裝機(jī)容量大，能源消耗大，生產(chǎn)成本高。而且目前市場上電子稱重系統(tǒng)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)出一套有實用價值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點，改善電子稱重系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。 研究現(xiàn)狀 影響因素 隨著科技的進(jìn)步 , 對電子秤的要求也越來越高。影響其精度的因素主要有 : 機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器和數(shù)顯儀表。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面 ， 因材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的限制 , 會使力的傳遞出現(xiàn)誤差 ， 而傳感器輸出特性存在非線性 , 加上信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)存在的非線性 ， 使得整個系統(tǒng)的非線性誤差變得不容忽視 。 因此 ， 在高精度的稱重場合 ， 迫切需要電子稱重系統(tǒng)能在線自動校正系 統(tǒng)的非線性。此外 ，為了保證準(zhǔn)確、穩(wěn)定地顯示 , 儀器內(nèi)部分辨率 (主要是 ADC 的分辨率 ) 一般要比外部顯示分辨率高 4 倍以上 , 這就要求所采用的 ADC 具有足夠的轉(zhuǎn)換位數(shù) ， 而采用高精度的 ADC， 自然增加了系統(tǒng)的成本 [2]。 電子稱重系統(tǒng)不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展，而且更需向多種功能的方向發(fā)展 [5]。據(jù)悉 , 目前電子秤的附加功能主要有以下幾種： ⑴ 電子稱重系統(tǒng)附加了計算機(jī)系補(bǔ)償裝置，可以進(jìn)行自診斷、校正和多種補(bǔ)償計算和處理； ⑵ 具有皮重、凈 重顯示等多功能。電子稱重系統(tǒng)有些已經(jīng)具備了動態(tài)稱重模式，通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動調(diào)零等方法，消除上述誤差； ⑶ 附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。目前的電子秤有附加多種計算和數(shù)據(jù)處理功能 , 以滿足多種使用的要求。 今后 , 隨著電子高科技的飛速發(fā)展 , 電子秤技術(shù)的發(fā)展定將日新月異。同時 , 功能更加齊全的高精度的先進(jìn)電子秤將會不斷問世 , 其應(yīng)用范圍也會更加拓寬。 電子秤的稱重功能是基于微電腦控制芯片處理器這一核心技術(shù)來實現(xiàn)的。由于目前在設(shè)計電子稱重系統(tǒng)時大量地采用集成芯片，因此電子秤系統(tǒng) 已經(jīng)擺脫了 以往的電子模式，正趨向智能化多元化方向發(fā)展 [6]。在此基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，比如與上位機(jī)的通訊，在上位機(jī)上利用圖形化界面的操作軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理等。 電子稱重系統(tǒng)由于自身的精度高、功能強(qiáng)和使用方便，實際使用的電子秤有較高的性價比，在很多領(lǐng)域完全可以取代那些機(jī)械式的稱重工具。在具體開發(fā)電子秤的系統(tǒng)時應(yīng)該根據(jù)用戶的客觀需要，再結(jié)合系統(tǒng)硬件和軟件，從而可以開發(fā)出一套實際使用價值極大的電子秤系統(tǒng)。目前，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器應(yīng)用技術(shù)的日趨成熟，必將推進(jìn)基于微處理器為核心的電子秤系統(tǒng)功能的 日趨完善，因此多元化智能電子稱重系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景和開發(fā)價值！ [7] 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確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電子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量求值的信號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、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）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應(yīng)，并有良好 的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(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. 測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置； 即處理稱重傳感器信號的電子 線路（包括放大器、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)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。 電子秤的基本工作原理 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，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 (一般成正比關(guān)系 )的電信號 (電壓或電流等 )。此信號由放大電路進(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)字信號再送到微處器的 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(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時， 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。一般地信號的放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換以及信號各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。 需要指出的是，由于本實驗中沒有用到單片機(jī)的有關(guān)知識，而直接使用 CSY傳感器實驗儀，故經(jīng)放大電路放大的信號直接進(jìn)入 F/V 表，從而直接得出物體重量與輸出電壓值的關(guān)系， 繼而計算出靈敏度。 電子秤設(shè)計目的意義 本次設(shè)計旨在讓學(xué)生在熟悉掌握《傳感器技術(shù)》的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計電子秤進(jìn)一步加深對傳感器技術(shù)的了解；并熟練掌握 CSY 傳感器試驗儀的操作方法；在不斷的創(chuàng)新嘗試中了解比較設(shè)計電子秤的四種基本方法：交流全橋、差動變壓器（互感式）、電渦流傳感器、霍爾傳感器。 此次設(shè)計中主要利用霍爾式傳感器的直流激勵特性設(shè)計電子秤，在設(shè)計中主 要 了解霍爾式傳感器的原理與特性、霍爾式傳感器在靜態(tài)測量中的應(yīng)用。 電子秤設(shè)計思想 設(shè)計電子秤，可以通過構(gòu)造電路將物體質(zhì)量和指示表中數(shù)據(jù)一一 對應(yīng)，即使兩者呈一定的線性關(guān)系；而建立兩者之間的對應(yīng)關(guān)系就需利用傳感器將非電量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，可簡單通過圖 表示。 按照電子秤設(shè)計的要求，可確定電子秤電路由以下幾部分組成：主副電源部分、電橋平衡網(wǎng)絡(luò)單元、稱重傳感器部分、運(yùn)算放大部分、電壓表顯示部分組成，如圖 所示。 工作原理 ： 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，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 (一般成正比關(guān)系 )的電信號 (電壓或電流等 )。此信號由放大電路進(jìn)行放大，直接進(jìn)入 F/V 表，可讀出電壓表示數(shù)，進(jìn)而確定電壓表示數(shù)與被測量物體重量的關(guān)系。 主副電源 電橋平衡網(wǎng)絡(luò) 運(yùn)算放大部分 稱重傳感器 F/V表顯示 圖 電子秤各電路單元 物體重量 指示表 非電量 電量 線性對應(yīng) 傳感器 圖