【正文】 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。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。 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、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）。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。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。一般地信號的放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換以及信號各種運算處 理都在儀表中完成。 (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3 值。用 e 或 d 來表示。 電子衡器的最大稱量 Max 可以用總分度數(shù) n 與分度值 d 的乘積來表示，即 Max=n現(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實現(xiàn)計量的彈簧秤，居民用戶使用的基本是桿秤。 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。 另外由于實際應(yīng)用當(dāng)中，稱可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，為此還設(shè)計了過載提示。單片機(jī)經(jīng)過相應(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。 這種高精度智能電子秤體積小、計量準(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。 圖 1 設(shè)計思路框圖 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)計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）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， 控制器接受來自 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復(fù)雜的運算，將數(shù)寧信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其送到顯示單元中。這種新型的智能儀表在測量過程自動化、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。 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)。此外價格低廉、性能比較穩(wěn)定的 MPU，具有 64K8ROM、 1RAM、 2個 16位定時計數(shù)器、 5個 8位 I/O 接口。 第四， 單指令周期，運行速度高。 第六， 內(nèi)置 8路 10 位高速 A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度 25萬次 /秒。 考慮到其他部分所帶來的干擾 ,8 位 A/D 無法滿足系統(tǒng)精度要求。 最后我選擇了 STC12C5A60S2 這個比較常用的單片機(jī)來實現(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)計中，傳感器是一個十分重要的元件，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)計的難以程度和設(shè)計性價比等等。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。傳感器量程的計算公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經(jīng)過大量的實驗 而確定的。 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。在實際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在 20%～80%之間．線性好，精度高。 ，又考慮到秤臺自重、振動和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，根據(jù)設(shè)計需要，確定傳感器的額定載荷為 1Kg，允許過載為 150%，精度為 %，最大量程時誤差177。 綜合考慮，本設(shè)計采用 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)變計構(gòu)成，具有過載保護(hù)裝置。該稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，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，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，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。 放大電路選擇 稱重傳感器輸出電壓振幅范圍 0～ 20mV。對放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調(diào)的（ 70～ 150 倍），根據(jù)本設(shè)計的實際情況增益設(shè)為 100 倍即可，零點和增益的溫度漂移和時間漂移極小。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時漂（177。殘余的一點漂移依靠軟件的自動零點跟蹤來徹底解決。 由稱重傳感器的稱量原理可知，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)變計的△ R/R 變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，但是這個電壓或電流信號很小，需要增加增益放大電路來把這個電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成可以被 A/D 轉(zhuǎn)換器接收的信號。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就會直接影響最后的測量精度。 方案二：主要由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器，而構(gòu)成的前級處理電路；差動 放人器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放 (如 OP07)做成一個差動放大器。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，存運算放大器為理想的情況下，并聯(lián)型差動放人器的輸入阻抗為無窮人，共模抑制比也為無窮人。 2． 阻容耦合電路放存由并聯(lián)型差動放大器構(gòu)成的前級放大器和由儀器放大器構(gòu)成的后級放大器之間，這樣可為后級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。 10 3 硬件設(shè)計 總體規(guī)劃 該系統(tǒng)采用應(yīng)變片式傳感器進(jìn)行測量 ， 得出模擬信號 ； 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組成，前級由兩個同相比例運算電路組成，后級是一個差動比例運算電路。由于前級的對稱性直接影 響后級的共模抑制比，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)動電源；第三腳 VL為液晶的對比度調(diào)節(jié)，通過在 VCC和 GND之間接一個 10K多圈可調(diào)電阻，中間抽頭接 VL，可實現(xiàn)液晶對比度的調(diào)節(jié)；液晶的控制線 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序 1602液晶 模塊的 寫操作時序如圖 9 所示。 keil c51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(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，因而易學(xué)易用。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 keil c51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語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、仿真等整個開發(fā)流程。 軟件主要三個方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測；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存儲器中，分為主程序和若干子程序。本設(shè)計的程序流程圖如圖 11所示。 //存儲 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 A/D 電源 delay(1)。 //0000,1000 令 ADCS = 1, 啟動 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)計的 1602液晶操作程序如下： /***************************************************** 函 數(shù) 名： WriteDataLCD() 功 能：向 1602寫數(shù)據(jù) 說 明： 入口參數(shù)： WDLCD 17 返 回 值：無 *****************************************************/ void WriteDataLCD(unsigned char WDLCD) { ReadStatusLCD()。 LCD_RS = 1。 LCD_E = 0。 LCD_E = 0。 } /***************************************************** 函 數(shù) 名： WriteCommandLCD() 功 能：向 1602寫指令 說 明： 入口參數(shù)： WDLCD， BuysC 返 回 值：無 *****************************************************/ void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BuysC) //BuysC為 0時忽略忙檢測 { if (BuysC) ReadStatusLCD()。 LCD_RS = 0。 LCD_E = 0。 LCD_E = 0。 } /***************************************************** 函 數(shù) 名： ReadDataLCD() 功 能：從 1602讀數(shù)據(jù) 18 說 明： 入口參數(shù)：無 返 回 值： LCD_Data *****************************************************/ unsigned char ReadDataLCD(void) { LCD_RS = 1。 LCD_E = 0。 LCD_E = 0。 return(LCD_Data)。 LCD_RS = 0。 LCD_E = 0。 LCD_E = 0。 delay_18B20(200)。 //檢測忙信號 proteus 仿真時， 延遲 5MS，關(guān)閉 while循環(huán) while (LCD_Dataamp。 } 19 /***************************************************** 函 數(shù) 名： LCDInit() 功 能： 1602初始化 說 明： 入口參數(shù)：無 返 回 值：無 *****************************************************/ void LCDInit(void) { LCD_Data = 0。 //三次顯示模式設(shè)置，不檢測忙信號 Delay5Ms()。 Delay5Ms()。 Delay5Ms()。 //顯示模式設(shè)置 ,開始要求每次檢測忙信號 WriteCommandLCD(0x08,1)。 //顯示清屏 WriteCommandLCD(0x06,1)。 // 顯示開及光標(biāo)設(shè)置 } /***************************************************** 函 數(shù) 名： DisplayOneChar() 功 能：按指定位置在 1602顯示一個字符 說 明： X為列， Y 為