【正文】 ) 承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) 它是被稱(chēng)物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱(chēng)電子秤的秤體，一般包括接受被稱(chēng)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。 按照稱(chēng)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。 (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(chēng)重傳感器信號(hào)的電子線(xiàn)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(xiàn)路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。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)。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(pán)和各功能開(kāi)關(guān)，根據(jù)鍵盤(pán)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。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。 (1) 量程：電子衡器的最大稱(chēng)量 Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱(chēng)量的最大3 值。用 e 或 d 來(lái)表示 。 電子衡器的最大稱(chēng)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=n現(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(hù)使用的基本是桿秤。 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。 另外由于實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，稱(chēng)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。單片機(jī)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后，得出當(dāng)前所稱(chēng)物品的重量及總額，然后再顯示出來(lái)。 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(mǎn)足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。 圖 1 設(shè)計(jì)思路框圖 測(cè)量部分是利用稱(chēng)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。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。 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)。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。 第四， 單指令周期，運(yùn)行速度高。 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。 考慮到其他部分所帶來(lái)的干擾 ,8 位 A/D 無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)精度要求。 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 單片機(jī)的引腳圖如圖 2所示。 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?xún)r(jià)比等等。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(chēng)量的準(zhǔn)確度就越高。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。 為保證電子秤稱(chēng)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線(xiàn)性度差的缺點(diǎn)。在實(shí)際工作中，要求稱(chēng)重傳感器的有效量程在 20%～80%之間．線(xiàn)性好，精度高。 ，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)設(shè)計(jì)需要，確定傳感器的額定載荷為 1Kg，允許過(guò)載為 150%，精度為 %，最大量程時(shí)誤差177。 綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用 SP20CG501 電阻應(yīng)變式傳感器，其最人量程為 器由組合式 S型梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計(jì)構(gòu)成，具有過(guò)載保護(hù)裝置。該稱(chēng)重傳感器主要由彈 性體、電阻應(yīng)變片電纜線(xiàn)等組成，其工作原理如圖 3 所示。它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測(cè)量電阻隨重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化。當(dāng)彈性體受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。 放大電路選擇 稱(chēng)重傳感器輸出電壓振幅范圍 0～ 20mV。對(duì)放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（ 70～ 150 倍），根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況增益設(shè)為 100 倍即可，零點(diǎn)和增益的溫度漂移和時(shí)間漂移極小。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時(shí)漂（177。殘余的一點(diǎn)漂移依靠軟件的自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤來(lái)徹底解決。 由稱(chēng)重傳感器的稱(chēng)量原理可知，電阻應(yīng)變片組成的傳感器是把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成△ R/R，而應(yīng)變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應(yīng)變片電阻值 120Ω ，靈敏系數(shù) K=2，彈性體存額定載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?l000￡，應(yīng)變電阻相對(duì)變化 量為： △ R/R=K￡ =2 1000 106 =0. 002 由上式可以看出電阻變化只有 ，其電阻變化率只有 %。因此，必須采用轉(zhuǎn)換電路，把應(yīng)變計(jì)的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，但是這個(gè)電壓或電流信號(hào)很小，需要增加增益放大電路來(lái)把這個(gè)電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以被 A/D 轉(zhuǎn)換器接收的信號(hào)。由于 A/D 轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測(cè)量精度。 方案二：主要由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器，而構(gòu)成的前級(jí)處理電路；差動(dòng)放人器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放 (如 OP07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。然而，絕人多數(shù)的集成化儀器放大器，9 特別是集成化儀器放大器，它們的共模抑制比與增益相關(guān)：增益越高，共模 抑制比越大。有同學(xué)試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）來(lái)避免極化電壓使高增益的前置放大器進(jìn)入飽和狀態(tài)，但由于信號(hào)源的內(nèi)阻高，且兩輸入端不平衡，隔直電容（高通網(wǎng)絡(luò)）使等共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，結(jié)果適得其反，嚴(yán)重地?fù)p害了放人器的性能。理論上不難證明，存運(yùn)算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動(dòng)放人器的輸入阻抗為無(wú)窮人，共模抑制比也為無(wú)窮人。 2． 阻容耦合電路放存由并聯(lián)型差動(dòng)放大器構(gòu)成的前級(jí)放大器和由儀器放大器構(gòu)成的后級(jí)放大器之間，這樣可為后級(jí)儀器放大器提高增益，進(jìn)而提高電路的共模抑制比提供了條件。 3． 后級(jí)電路采用廉價(jià)的儀器放大器，將雙端信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)輸出。 10 3 硬件設(shè)計(jì) 總體規(guī)劃 該系統(tǒng)采用應(yīng)變片式傳感器進(jìn)行測(cè)量 ， 得出模擬信號(hào) ； 再進(jìn)行放大 ， 然后送入單片機(jī)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理和數(shù)據(jù)處理 。 主控制器電路 主控制器是 STC12C5A60S2 單片機(jī)，其外圍電路簡(jiǎn)單，只需要加上晶振電路和電源就可以工作。 圖 5 主控制系統(tǒng) 11 傳感器放大電路 傳感器放大電路由兩級(jí)組成，前級(jí)由兩個(gè)同相比例運(yùn)算電路組成，后級(jí)是一個(gè)差動(dòng)比例運(yùn)算電路。由于前級(jí)的對(duì)稱(chēng)性直接影響后級(jí)的共模抑制比，考慮到元件阻值的誤差， R2,R4 選用多圈精密可調(diào)電阻。傳感器放大電路如圖 6所示。其中，第 2 腳為液晶的驅(qū)動(dòng)電源；第三腳 VL 為液晶的對(duì)比 度調(diào)節(jié)，通過(guò)在 VCC 和 GND 之間接一個(gè) 10K 多圈可調(diào)電阻，中間抽頭接 VL，可實(shí)現(xiàn)液晶對(duì)比度的調(diào)節(jié)；液晶的控制線(xiàn) RS、 R/W、 E 分別接單片機(jī)的 、 、 ；數(shù)據(jù)口接在單片機(jī)的 P2口； BL+、 BL為液晶背光電源。 圖 8 1602 液晶模塊的讀操作時(shí)序 1602 液晶模塊的 寫(xiě)操作時(shí)序如圖 9 所示。 keil c51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比， C 在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀 性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 keil c51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 Keil C51 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。 軟件主要三個(gè)方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測(cè)；三是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。 圖 10 程序結(jié)構(gòu) 15 主程序流程圖 系統(tǒng)程序固化在 STC12C5A60S2內(nèi)部的 flash存儲(chǔ)器中，分為主程序和若干子程序。 本設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖 11所示。 //存儲(chǔ) A/D 轉(zhuǎn)換標(biāo)志 ADC_RES = 0。 //A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果低 2位 channel amp。 //0000,0111 清 0 高 5 位 ADC_CONTR = AD_SPEED。 ADC_CONTR|=0xE0。 //選擇 A/D 當(dāng)前通道 _nop_()。 //啟動(dòng) A/D 電源 delay(1)。 //0000,1000 令 ADCS = 1, 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 AD_finished = 0。 0x10)。= 0xE7。//返回轉(zhuǎn)換后的結(jié)果 } 液晶顯示程序塊 本文設(shè)計(jì)的 1602 液晶操作程序如下： /***************************************************** 函 數(shù) 名： WriteDataLCD() 功 能：向 1602 寫(xiě)數(shù)據(jù) 說(shuō) 明： 入口參數(shù)： WDLCD 17 返 回 值：無(wú) *****************************************************/ void WriteDataLCD(unsigned char WDLCD) { ReadStatusLCD()。 LCD_RS = 1。 LCD_E = 0。 LCD_E = 0。 } /***************************************************** 函 數(shù) 名： WriteCommandLCD() 功 能：向 1602 寫(xiě)指令 說(shuō) 明： 入口參數(shù)： WDLCD， BuysC 返 回 值：無(wú) *****************************************************/ void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BuysC) //BuysC 為 0 時(shí)忽略忙檢測(cè) { if (BuysC) ReadStatusLCD()。 LCD_RS = 0。 LCD_E = 0。 LCD_E = 0。 } /***************************************************** 函 數(shù) 名： Re