【正文】 77。177。從0～500分度數(shù)為低精度稱量段，到高于3000個分度數(shù)之后的實際稱量精度逐漸變低，實際誤差不斷加大。從國外電子秤的準確度和分度數(shù)設置、國內(nèi)原先衡器的檢定標準和現(xiàn)在我們統(tǒng)計的電子秤分度數(shù)的準確度以及OIML對Ⅲ級秤的允差規(guī)定看，說明現(xiàn)有Ⅲ級商業(yè)秤的分度數(shù)設置為2000～3000是比較理想的，屬于最佳分度數(shù)。%，使用中為177。 稱重傳感器的選定稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。在各種衡器和質(zhì)量計量系統(tǒng)中，通常用綜合誤差帶來綜合衡量傳感器準確度，并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯(lián)系起來，以便選用對應于某一準確度衡器的稱重傳感器。若在環(huán)境惡劣的條件下（如高低溫、濕熱），傳感器所占的誤差比例就更大，因此，在人們設計電子秤時，正確地選用稱重傳感器非常重要。光電式傳感器包括光柵式和碼盤式兩種。光柵有兩塊，一為固定光柵，另一為裝在表盤軸上的移動光柵。利用光電管、轉(zhuǎn)換電路和顯示儀表，即可計算出移過的莫爾條紋數(shù)量，測出光柵轉(zhuǎn)動角的大小，從而確定和讀出被測物質(zhì)量。加在承重臺上的被測物通過傳力杠桿使表盤軸旋轉(zhuǎn)時，碼盤也隨之轉(zhuǎn)過一定角度。光電式傳感器曾主要用在機電結合秤上。測出壓力的增大值，即可確定被測物的質(zhì)量。電磁力式傳感器：它利用承重臺上的負荷與電磁力相平衡的原理工作。對產(chǎn)生電磁平衡力的電流進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，即可確定被測物質(zhì)量。電容式傳感器：工作原理是利用電容器振蕩電路的振蕩頻率f與極板間距d成正比的關系。在秤體加載重物時，兩極板間的距離發(fā)生變化，隨之，電路的振蕩頻率也改變。電容式傳感器耗電量少，造價低，準確度為1/200～1/500。這樣測出電壓的變化量便可求出加到磁極上的力，從而確定物體的質(zhì)量。振動式傳感器彈性元件受力后，其固有振動頻率與作用力的平方根成正比。振動式傳感器有振弦式和音叉式兩種。當承重臺上加有被測物時，V形弦絲的交點被拉向下，且左弦的拉力增大，右弦的拉力減小。求出兩根弦的頻率之差，即可求出被測物的質(zhì)量。音叉式傳感器的彈性元件是音叉。當承重臺上加有被測物時，音叉拉伸方向受力而固有頻率增加，增加的程度與施加力的平方根成正比。音叉式傳感器耗電量小，計量準確度高達1/10000～1/200000，稱量范圍為500g～10kg。內(nèi)框架經(jīng)軸承與外框架聯(lián)接，并可繞水平軸Y傾斜轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子軸(X軸)在未受外力作用時保持水平狀態(tài)。進動角速度ω與外力P/2成正比，通過檢測頻率的方法測出ω，即可求出外力大小，進而求出產(chǎn)生此外力的被測物的質(zhì)量。電阻應變式傳感器利用電阻應變片變形時其電阻也隨之改變的原理工作。電阻應變片貼在彈性元件上，彈性元件受力變形時，其上的應變片隨之變形，并導致電阻改變。電信號經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測物的質(zhì)量。2．稱重傳感器的選擇傳感器種類繁多，分類方式也千差萬別，它們都有各自的特點，但在設計電子秤時，選擇一種合適的傳感器非常重要，傳感器的性能在很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性。（1）對傳感器數(shù)量和量程的選擇傳感器數(shù)量的選擇是根據(jù)電子秤的用途、秤體需要支撐的點數(shù)（支撐點數(shù)應根據(jù)使秤體幾何重心和實際重心重合的原則而確定）而定。傳感器的量程選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體自重、可產(chǎn)生的最大偏載及動載因素綜合評價來決定。但是在實際的使用當中，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、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。 （21）式中C—單個傳感器的額定量程；W—秤體自重；Wmax一被稱物體凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點的數(shù)量；K0—保險系數(shù)，～；K1—沖擊系數(shù)；K2—秤體的重心偏移系數(shù)；K3—風壓系數(shù)（2）傳感器準確度等級的選擇傳感器的準確度等級概括了傳感器的非線性、蠕變、蠕變恢復、滯后、重復性、靈敏度等技術指標。稱重傳感器按綜合性能分為A、B、C、D四個準確度等級，分別對應于衡器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個準確度等級。對于傳感器制造廠家來講，它一般規(guī)定了傳感器的受力情況、性能指標、安裝形式、結構形式、彈性體的材質(zhì)等。（4）使用環(huán)境稱重傳感器實際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)換成可測量的電信號輸出裝置。一般情況下，高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料融化、焊點開化、彈性體內(nèi)應力發(fā)生結構變化等問題；粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響；在腐蝕性較高的環(huán)境下會造成傳感器彈性體受損或產(chǎn)生短路現(xiàn)象；電磁場對傳感器輸出會產(chǎn)生干擾。3．電阻應變式稱重傳感器按照稱重傳感器選擇的指標要求，以及對各種傳感器的比較，本設計選定電阻應變片式傳感器，下面對此類傳感器做詳細介紹。電阻應變式稱重傳感器包括兩個主要部分，一個是彈性敏感元件：利用它將被測的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應變值；另一個是電阻應變計：它作為傳感元件將彈性體的應變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。這樣小的電阻變化用一般測量電阻的儀表很難測出，必須采用一定形式的測量電路將微小的電阻變化率轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化，才能用二次儀表顯示出來。當傳感器不受載荷時，彈性敏感元件不產(chǎn)生應變，粘貼在其上的應變片不發(fā)生變形，阻值不變，電橋平衡，輸出電壓為零；當傳感器受力時，即彈性敏感元件受載荷P時，應變片就會發(fā)生變形，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，有輸出電壓。圖22 電阻應變式稱重傳感器橋式測量電路RRRR4為4個應變片電阻，組成了橋式測量電路，Rm為溫度補償電阻，e為激勵電壓，V為輸出電壓。當應變片的電阻RRRR4變成R+△RR+△RR+△RR+△R4時，電橋的輸出電壓變?yōu)椋? （23）通過化簡，上式則變?yōu)椋? （24）也就是說，電橋輸出電壓的變化與各橋臂電阻變化率的代數(shù)和成正比。式25表明，電橋的輸出電壓和四個轎臂的應變片所感受的應變量的代數(shù)和成正比。在力的作用下，RR3被拉伸，阻值增大，△R△R3正值，RR4被壓縮，阻值減小，△R△R4為負值。對于一個高精度的應變傳感器來說，僅僅靠4個應變片組成橋式測量電路還是遠遠不夠的。為了減少傳感器隨溫度變化產(chǎn)生的誤差，提高其精度和穩(wěn)定性，需要在橋路兩端和橋臂中串入一些補償元件。 A/D轉(zhuǎn)換器的選定在實際的測量和控制系統(tǒng)中檢測到的常是時間、數(shù)值都連續(xù)變化的模擬量，模擬量要輸入到單片機中進行處理，首先要經(jīng)過模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，單片機才能接收、處理。多種類型的ADC各有其優(yōu)缺點，并能滿足不同的具體要求。其優(yōu)點是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低。（2）逐次逼近型逐次逼近型ADC由一個比較器和D/A轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。其優(yōu)點是速度較高、功耗低，在低分辯率（12位）時價格便宜，但高精度（12位）時價格很高。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領域。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級型ADC，而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線型ADC，現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結果作數(shù)字運算而修正特性等功能。（4）ΣΔ調(diào)制型ΣΔ型AD由積分器、比較器、1位DA轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。（5）壓頻變換型壓頻變換型是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。從理論上講這種AD的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度。2．A/D轉(zhuǎn)換器選用的原則：（1）A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。（2）A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。積分型的轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換時間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構成低速A/D轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測試。（3）是否加采樣/保持器。有的A/D轉(zhuǎn)換器提供兩個輸入引腳，不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。一般A/D轉(zhuǎn)換器可由外部控制信號啟動轉(zhuǎn)換，這一啟動信號可由CPU提供。（6）A/D轉(zhuǎn)換器的晶閘管現(xiàn)象。 單片機型號的選定1．單片機選定準則市場上的單片機型號很多，功能也有差異，在選擇單片機型號的時候主要應該注意以下幾個方面：（1）市場貨源系統(tǒng)設計者只能在市場上能夠提供的單片機中選擇，特別是作為產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的應用系統(tǒng)，所選的單片機型號必須有穩(wěn)定、充足的貨源。單片機性能包括片內(nèi)硬件資源、運行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。（3）研制周期在研制任務重、時間緊的情況下，還要考慮所選的單片機型號是否熟悉，是否能馬上著手進行系統(tǒng)的設計。2．AT89S51單片機介紹根據(jù)以上對單片機選型知識的介紹，本設計選用AT89S51單片機，下面對此型號單片機進行簡介。AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機，其指令集和傳統(tǒng)的51單片機指令集是一樣的。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。各模塊所采用的主要芯片型號已于圖中有所標示。下面簡單敘述各引腳的功能。在這種工作模式下，P0口具有內(nèi)部上拉作用。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用； 另外，、()和觸發(fā)輸入()；對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息；P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口；輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。只要這個管腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復位。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序；XTALXTAL2：XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。晶振的頻率可以在1MHz至24MHz內(nèi)選擇，電容取30PF左右。當AT89S51由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期輸出2個脈沖，即兩次有效。當該引腳訪問外部程序存儲器時，應輸入低電平。圖32單片機AT89S51引腳圖 AT89S51最小系統(tǒng)設計單片機最小系統(tǒng),或者稱為最小應用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。其中復位電路采用上電復位。由于我們的程序存儲器（ROM）采用內(nèi)部Flash存儲單元，所以單片機上的EA接高。復位電路的好壞決定著單片機能否正常工作。復位電路可以使用專用復位芯片，也可以用電阻電容搭建。對于51內(nèi)核的單片機，RST是復位信號輸入端，高電平有效。 數(shù)據(jù)采集模塊設計 傳感器單元設計根據(jù)第二章對各種類型傳感器特性的介紹，本設計決定采用LpsⅢ型稱重傳感器，該傳感器為雙孔平衡梁形式，是制作電子計價秤的專用產(chǎn)品，也可用于制造由單只傳感器構成的電子案秤、臺秤及專用衡器等。準確度等級C3最大分度數(shù)3000最小檢定分度值Fmax/10000綜合誤差%.重復性%.蠕變%./30min177。下面對該芯片的情況進行簡要的介紹。具有體積小，兼容性強，性價比高的特點，具體參數(shù)如下：178。 雙通道A/D轉(zhuǎn)換；178。 5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間；178。 一般功耗僅為15mW；178。 商用級芯片溫寬為0℃～70℃，工業(yè)級芯片溫寬為40℃～85℃；下面對ADC0832的引腳進行說明，圖34為該芯片的引腳圖：圖34 ADC0832引腳圖178。 CH0：模擬輸入通道0，或作為IN+/使用；178。 GND：芯片參考零點位（地）；178。 DO：數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；178。 Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復用）。單片機與ADC0832的接口電路如圖35所示。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。商品的單價已由程序設定好，并可由鍵盤選擇各種商品的價格。其與單片機的接線如圖36所示，為完善其功能，電路中添加了上拉電阻。圖37 系統(tǒng)總體原理圖 硬件抗干擾設計電子秤在使用中，常常會出現(xiàn)各種各樣的異常現(xiàn)象，電子秤本身的質(zhì)量問題是一個方面，但更重要的方面是外界干擾和接地引起的異常。還用到稱重傳感器，所采用的應變式傳感器是高阻抗器件，其絕緣性能、機械結構的穩(wěn)定性等，直接影響工作特性的穩(wěn)定。下面重點介紹單片機的抗干擾措施。而系統(tǒng)的可靠性更倍受人們的關注，這是因為系統(tǒng)的可靠性決定了系統(tǒng)能否達到所需要的精度。電源的抗干擾措施普通用電中含有多種高次諧波，它們很容易經(jīng)電源進入單片機系統(tǒng)，還有一些射頻發(fā)射、電磁波等也會由電源線感應反饋進入單片機系統(tǒng)造成干擾。電源濾波的一般方法是在電源變壓器初、次級分別設置低通濾波器和線間電容濾波器，使50Hz市電基波通過，而抑制掉高頻信號。信號傳輸通道的抗干擾措施信號傳輸通道包括系統(tǒng)的前向通道和后向通道，其主要干擾有：雜散電磁場通過感應和輻射方式進入通道的干擾；由于地阻抗耦合、漏電流等因素產(chǎn)生的加性干擾；以及因傳輸線衰減、阻抗失配等因素引起的乘性干擾。（1）光電隔離技術光電耦合器對干擾信號具有良好的隔離性能，一是它的輸入阻抗很小，約為100fllldl，而干擾源內(nèi)阻則很大，通常為105Q～108Q，因此能分壓到光電耦合器輸入端的噪聲很?。欢枪怆婑詈掀鬏斎氩糠值陌l(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作的，即使干擾噪聲有較高的電壓幅度，但由于能量小，不能提供足夠的電流使發(fā)光二極管發(fā)光而被抑制掉