【正文】 ument, widely used in mercial, plant health plant, country markets, supermarkets, shopping malls, and retail and other public places, information display and weight. Intelligent Electronics said the key to SCM as the central control unit, through the weighing sensor analogdigital conversion unit, in the acpanied keyboard, display circuit and powerful software to ponent. Said not only accurate measurement of the electronic, fast and convenient, more importantly, automatic weighing, statistics show that by the majority of users. Intelligent Electronics said that as easy to carry, easy to use, the impact on people39。 MCU。電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科 學研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設備，衡器產(chǎn)品技術水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高。特別是近 30 年以來，工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等工作，都離不開能輸出電信號的電子衡器。 近年來，電子秤已愈來 愈多地參與到數(shù)據(jù)處理和過程控制中。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了其礎，國外如美國、西歐等一些國家在 2 0 世紀 6 0 年代就出現(xiàn)了 0 .1%稱量準確度的電子秤，并在 7 0 年代中期約對 75%的機械秤進行了機電結合式的電子化改造。稱重裝置的應用已遍及到圍民經(jīng)濟各領域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。 50 年代中期電子技術的滲入推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)今電子衡器制造技術及應用得到了新發(fā)展。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向是速率高、準確度高、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；其應用性能趨向于綜合性和組合性。 2 電子秤的組成 電子秤的基本結構 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)量相關的其它量大小、參數(shù)、或特性。 (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。 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，并有良好的線性關系；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。這部分習慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。 電子秤的工作原理 當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)生力一電效應，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關系（一般成正比關系）的電信號（電壓或電流等）。運算結果送到內(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，或送打印機打印。 電子秤的計量性能 電子秤的計量性能涉及的主要技術指標有：量程、分度值、分度數(shù)、準確度等級等。 (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。 (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。 d (4) 準確度等級 國際法制計量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成 T、 II、 III、Ⅳ四類等級，分別對應不同準確度的電子秤和分度數(shù) n 的范圍，如 表 1 所示： 表 1 不同準確度的電子秤和分度數(shù) 本 設計思路 目前，臺式電子秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當普遍，但存在較大的局限性：體積大、成本高、攜帶不便、應用場所受到制約。彈簧盤秤制造工藝要求較高，彈簧的疲勞問題無法徹底解決，一旦超過彈簧彈性限度，彈簧秤就會產(chǎn)生很大誤 差，以至損壞，影響到稱重的準確性和可靠性，只是一種暫時的代用品，也被列入逐漸取消的行列。本系統(tǒng)在設計過程中，除了能實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外，還增加了打印和通訊功能，可以實現(xiàn)和其他機器或設備（包括上位 PC機和數(shù)據(jù)存儲設備）交換數(shù)據(jù)，除此之外，系統(tǒng)的微控制器部分選擇了兼容性比較好的 51系列單片機，在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時候，只需要增加很少的硬件電路，甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。 綜上所述，本 設計 的主要思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號，經(jīng)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后把數(shù)字信號送入單片機。主標志及等級 電子秤分類 分度數(shù) 范圍 特種準確度 基準衡器 n 100000 高準確度 精密衡器 10000 n≤ 100000 中準確度 商業(yè)衡器 1000 n≤ 10000 普通準確度 粗衡器 100n≤ 1000 4 要技術指標為：稱量范圍 0～ 600g， 分度值 1kg， 精度等級 III 級 ， 電源 AC220V。 5 2 系統(tǒng)方案論證與選型 按照本設計功能的要求，系統(tǒng)由 5 個 部分組成：控制器部分、測量部分、數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設計總體方案框圖如圖 1 所示。 控制器部分 本設計由于要求必須使用單片機作為系統(tǒng)的主控制器，而且以單片機為主控 制器的設計，可以容易地將計算機技術和測量控制技術結合在一起，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)”。再則由于系統(tǒng)沒有其它高標準的要求，又考慮到本設計中程序部分比較大，根據(jù)總體方案設計的分析，設計這樣一個簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換器的單片機，由于應用程序不大，應用程序直6 接存儲存片內(nèi)，不用在外部擴展存儲器，這樣電路也可簡化。 STC12C5A60S2 與 MCS51相比有如下 優(yōu)勢： 第一， 指令集與 MCS51 系列單片機完全兼容 第二， 片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器， 并且支持 SPIISP 在線編程， 使程序?qū)懭敫臃奖?，提高了調(diào)試效率，縮短了開發(fā)周期 ； 第三， 提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路體積更小。這些配置能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求 。 第五， 自帶上電復位電路，可減低單片機外圍電路的復 雜程度。 經(jīng)過放大電路的信號是模擬信號即模擬量，需要把它變成數(shù)字量才能送入單片機控制系統(tǒng)受理，所以需要有 A/D 轉(zhuǎn)換電路。作為一般小商品稱重需求，我們只需要選擇 10位的 A/D 轉(zhuǎn)換器就可以了。STC12C5A60S2 內(nèi)部帶有 60KB 的程序存儲器 ，并且?guī)в?8路 10位精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。 圖 2 STC12C5A60S2 單片機的引腳圖 7 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、處理電路電路，因此對于這部分的論證主要分 兩 方面 。 傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最 大 稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能 產(chǎn)生的最人偏載及動載等因素綜合評價來確定 。但在實際使用時，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，因此選用傳感器量程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。本設計要求稱重范圍 0600g，重量誤差不 大 于 。傳感器的量程應根據(jù)皮帶秤的最大流量來選擇。重量誤差應控制存177。 ，可以滿足本系統(tǒng)的精度要求 。由于惠斯登電橋具諸如抑制溫度變化的影響，抑制干擾，補償方便等優(yōu)點，所以該傳感器測 量精度高、溫度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛用于各種結構的動、靜態(tài)測量及各種電子稈的一次儀表。 Rd RaRc RbRes Bridge EinEout 圖 3 稱重傳感器原理圖 8 本設計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應變傳感器半橋式測量電路。 其測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。由 于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出： 上式說明電橋的輸出電壓 V 和四個橋臂的應變片感受的應變量的代數(shù)和成正比。而 A/D 轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為 0～ 2V，因此放大環(huán)節(jié)要有 100 倍左右的增益。按照輸入電壓 20mV，分辨率 20200 碼的情況，漂移要小于 1 舊。 ），從而保證了放大環(huán)節(jié)對零點漂移的要求。穩(wěn)定的增益量可以保證其負反饋回路的穩(wěn)定性，并且最好選用高阻值的電阻和多圈電位器。這樣小的電阻變化既難以直接精確測量，又不便直接處理。在前級處理電路部分，我們考慮可以采用 以下幾種方案： 方案一 ： 利用普通低溫漂運算放大器構成前級處理電路； 普通低溫漂運算放大器構成多級放大器會引入大量噪聲。所以，此種方案不宜采用。 一般說來，集成化儀用放大器具有很高的共模抑制比和輸入阻抗，因而 在 傳統(tǒng)的電路設計 中 都是把集成化儀器放人器作為 前置放人器。而集成化儀器放大器作為心電前置放大器時，由于極化電壓的存 在 ，前置放大器的增益只能在幾十倍以內(nèi)，這就使得集成化儀器放大器作為前置放大器時的共模抑制比不可能很高。 為了實現(xiàn)信號的放人， 其設計電路如圖 4 所示： 圖 4 利用 高精度低漂移 運放設計的差動放大器 1． 前級采用運放 Al 和 A2 組成并聯(lián)型差動放大器。更值得一提的是，在理論上并聯(lián)型差動放人器的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和阻值無關。同時，南于前 置放大器的輸出阻抗很低，同時又采用共模驅(qū)動技術，避免了阻容耦合電路中的阻、容元件參數(shù)不對稱（匹配）導致的共模干擾轉(zhuǎn)換成差模干擾的情況發(fā)生。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級的儀器放大器可以做到很高的增益，進而得到很高的共模抑制比。由 傳感器模 塊、主機接口模塊、 按鍵 與顯示模塊組成。主控制器電路如圖 5 所示。傳感器信號首先進過前級進行初步放大，接著進入后級。為了提高后級對共模信號的抑制，反饋電阻 R3也采用精密多圈可調(diào)電阻。 圖 6 傳感器放大電路 顯示電路 1602 液晶模塊的引腳連線如圖 7。 12 圖 7 1602 液晶模塊 的 接線 圖 1602 液晶模塊的初始化過程： 延遲 15ms 寫指令 38H（不檢測忙信號） 延遲 5ms 寫指令 38H（不檢測忙信號） 延遲 5ms 寫 指令 38H（不檢測忙信號） （以后每次寫指令、讀 /寫數(shù)據(jù)操作之前均需檢測忙信號） 寫指令 38H：顯示模式設置 寫指令 08H：顯示關閉 寫指令 01H：顯示清屏 寫指令 06H：顯示光標移動設置 寫指令 0CH：顯示開及光標設置 13 1602 液晶模塊的 讀操作時序 如圖 8 所示。 圖 9 1602 液晶模塊 的 寫操作時序 14 4 軟件設計 系統(tǒng) 應用程序組成 本設計 采 用 C 語言 編程，編譯環(huán)境為 keil UV3。 Keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。開發(fā)人員 可用IDE 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件，然后分別有 C51 及 A51 編輯器編譯連接生成單片機可執(zhí)行的二進制文件（ .HEX），然后通過單片機的燒寫軟件將 HEX 文件燒入單片機內(nèi)。這 三個 方面的操作分別在主程序中來進行。 程序結構如圖 10所示。主程序的功能是系統(tǒng)初始化，管理和調(diào)用各個 子程序。 圖 11 程序流程圖 AD 采樣程序塊 本文設計的 STC12C5A60S2 片內(nèi) AD程序如下： include // // SPEED1 SPEED0 A/D 轉(zhuǎn)換所需時間 define AD_SPEED 0x60 // 0110,0000 1 1 90 個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次 , // CPU 工作頻率 21MHz 時 A/D 轉(zhuǎn)換速度約 300KHz //define AD_SPEED 0x40 //0100,0000 1 0 140 個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次 //define AD_SPEED 0x20 //0010,0000 0 1 280 個 時鐘周期轉(zhuǎn)換一次 16 //define AD_SPEED 0x00 //0000,0000 0 0 420 個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次 //