【文章內(nèi)容簡介】 示器。 圖 21 設(shè)計(jì)原理圖 電子體重秤的基本結(jié)構(gòu) 承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換組件之間的機(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。 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)換組件，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、電位傳感器獲取信號 信號放大 微處理器處理 實(shí)時(shí)顯示 按鍵控制 電子體重 秤 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3 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、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 [4]。 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)的影響要小；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。本次設(shè)計(jì)采用的是電阻應(yīng)變式傳感器。 測量顯示、數(shù)據(jù)顯示裝置 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)嘗組件、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(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。 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)指針有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級等。 （ 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：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用 e 或 d來表示。 （ 3）分度數(shù)：衡器的測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 的乘積表示即 Max= n ?d （ 4）準(zhǔn) 確度等級：國際法制計(jì)量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、Ⅳ 四類等級，分別對應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù) n 的范圍，如下表所示： 表 21 電子秤等級分類 標(biāo)志及等級 電子秤種類 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 100 n ≤1000 本設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：測量范圍 0～ 100kg；顯示精度 ；精度等級 Ⅳ 級。 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證與選型 測 量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設(shè)計(jì)為電壓信電子體重 秤 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路，）處理后，送 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。控制器部分接受來自 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為人體的實(shí)際重量信號，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中?？刂破鬟€可以通過對擴(kuò)展 I/O 的控制，對鍵盤進(jìn)行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能 [5]。 控制器 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 “智能化測量控制系統(tǒng) ”。這種新型的智能儀表在測量過程自動(dòng)化、測量結(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)簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶 EPROM 的單片機(jī)，由于應(yīng)用程序不大，應(yīng)用程序直接存儲(chǔ)在片內(nèi)，不用在外部擴(kuò)展內(nèi)存，這樣電路也可簡化。在這里選用 STC12 系列單片機(jī)。 STC12 系列與 89C52 相比由 是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍。 最后我們 最終選 擇了 STC12C5A60S2 這 個(gè)單片 機(jī)來實(shí) 現(xiàn)系 統(tǒng)功能 要求STC12C5A60S2 內(nèi)部帶有定時(shí)控制邏輯、指令寄存器、譯碼器、地址指針 DPTR 及程序計(jì)數(shù)器 PC、堆棧指針 SP、 RAM 地址寄存器、 16 位地址緩沖器、內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 ,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換 (250K/S),針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合，能滿足本次設(shè)計(jì)的基本要求 [6]。 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、處理電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路，因此對于這部分的論證主要分三方面。 傳感器的選擇 在設(shè)計(jì)中 ,傳感器是一個(gè)十分重要的組件 ,因此對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)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評價(jià)來確定。一般來說，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)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。其公式如下： 電子體重 秤 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 NWWKKKKC /)( m a x3210 ?????? （ 31） C—單個(gè)傳感器的額定量程； W—秤體自重； W max—被稱物體凈重的最大值； N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量； K0—保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在 ～ 之間； K1—沖擊系數(shù)；K2—秤體的重心偏移系數(shù)； K3—風(fēng)壓系數(shù)。本設(shè)計(jì)要求稱重范 圍 0～ 100kg，重量誤差不大于 ，根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式（ 31）可知： 0 6 2 ??????? ）（C （ 32） 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)控制在 177。，又考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量， 還要避免超重?fù)p壞傳感器，根據(jù)公式 31 的計(jì)算結(jié)果，所以我們確定傳感器的額定載荷為 150Kg，允許超載為 150%，精度為 %，最大量程時(shí)誤差 ? ，可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。 本系統(tǒng)采用梁式稱重型稱重傳感器 ,額定載荷為 150kg。傳感器電路所采用的是全橋電路 ,有四個(gè)電阻應(yīng)變片。理想情況下 ,傳感器輸出信號、放大器輸出信號、 AD 轉(zhuǎn)換輸出信號、人體體重之間的關(guān)系基本成線性。 在電橋測 量電路中，將一對變化相反的應(yīng)變片接入電橋一臂，另一臂接兩個(gè)相同的阻值作為基準(zhǔn)值 ；當(dāng)橋臂電阻初始值 4321 RRRR ??? 時(shí)平衡，其變化值為4321 RRRR ??????? ?? 時(shí)，其橋路輸出電壓 outU 與 R? 成正比 [7]。 圖 31 稱重傳感器原理圖 電子體重 秤 測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 傳感器技術(shù)指標(biāo) 表 31 傳感器參數(shù)表 準(zhǔn)確度等級 Accuracy class 額定載荷 Rated load kg 150 靈敏度 Sensitivity mV/V 177。 非線性 Nonlinearity %. 滯后 Hysteresis 重復(fù)性 Repeatability 零點(diǎn)輸出 Zero balance %. 177。1 蠕變 Creep %./30min 零 點(diǎn) 溫 度 系 數(shù) Zero temperature coefficient %./10℃ 177。 額 定 輸 出 溫 度 系 數(shù) Rated output temperature coefficient 輸入電阻 Input resistance Ω 402177。6 輸出電阻 Output resistance Ω 350177。3 絕緣電阻 Insulation resistance MΩ ≥5000 供橋電壓 Supply voltage V 12（ DC/AC） 溫度補(bǔ)償范圍 Temperature pensation range ℃ 10～ +55 允許溫度范圍 Safe temperature range ℃ 30～ +70 允許過負(fù)荷 Safe overload %. 150