電子秤與傳統(tǒng)機械秤比較，其技術(shù)性能趨向精度高、速率快、穩(wěn)定性好、使用簡便；其功能趨向智能化，應(yīng)用性能趨向于綜合性。目前，在商業(yè)貿(mào)易中使用的傳統(tǒng)臺式電子秤，存在較大的局限性，精度低、體積大、攜帶不便、應(yīng)用場所受到制約。為了解決這些問題，本文運用傳感器技術(shù)，計算機技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)處理技術(shù)，設(shè)計一款便攜式電子秤一體的新型智能計量設(shè)備。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)在充分考慮實用性性價比和性價比的前提下，完成了電子稱的方案設(shè)計，按照功能分為為個部分：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，總體方案框圖如圖1所示。系統(tǒng)重量檢測部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電壓信號，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)過運算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際質(zhì)量信號，并將其送到顯示單元中。

圖1 ?系統(tǒng)總體方案

1.1、數(shù)據(jù)采集模塊

電子秤中測力傳感器的彈性體部分采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂梁結(jié)構(gòu)的彈性體具有強度高、精度高、穩(wěn)定性好、量程范圍廣、安裝時懸臂梁一端固定、一端受力，一般各種壓力或拉力的測量均采用這種結(jié)構(gòu)。

1）SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器

系統(tǒng)采用SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器，該稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，其最大量程為1kg。稱重傳感器由組合式S型梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計構(gòu)成，具有防塵密封、量程范圍廣、精度高、性能穩(wěn)定可靠、安裝使用方便等特點。SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器采用電橋結(jié)構(gòu)，具有自補償功能、抑制溫漂能力強、易調(diào)零等。圖2為SP20C-G501型壓力傳感器原理圖，橋路四只應(yīng)變片貼在彈性梁上，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。工作原理：當(dāng)懸臂梁的彈性體受力變形時，與彈性體一體的應(yīng)變片隨之變形，在測量范圍內(nèi)應(yīng)變片的電阻值隨著呈線性變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)電壓的變化量。圖2中每個橋臂電阻變化值ΔRi＜＜Ri、初始值R1=R2=R3=R4，且電橋輸出電阻無窮大時，電橋輸出電壓Uo為

該式說明電橋的輸出電壓Uo和四個橋臂的應(yīng)變片感受的應(yīng)變量的代數(shù)和成正比。

2）AD轉(zhuǎn)換芯片選擇

SP20C-G501型傳感器輸出信號為毫伏級，需放大后才能送模數(shù)轉(zhuǎn)換器。為了提高系統(tǒng)靈敏度和精度，系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器采用HX711型芯片，HX711集成有穩(wěn)壓電源、時鐘振蕩器等，具有響應(yīng)速度快、精度高、抗干擾性強等優(yōu)點，分辨率達到24位。其使用時需要對芯片內(nèi)部的寄存器編程，輸入有A、B兩個通道供選擇，每個通道直接與內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連，放大器可編程增益為64和128，通道A和B的對應(yīng)的差模輸入信號幅值分別為±20mV或±40mV。HX711芯片與單片機接口電路如圖2所示。

圖2 ?HX711典型應(yīng)用電路

1.3、系統(tǒng)電源電路設(shè)計

5V電源電路如圖3所示。電子秤各模塊電路驅(qū)動電壓均為5V，為了加強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性及完整性，系統(tǒng)采用供電方式為獨立電源供電。用9V高能電池經(jīng)三端穩(wěn)壓器件CW7805，輸出5V電壓作為系統(tǒng)電源，該電壓源電壓5V穩(wěn)定，電流最大可達1.5A。電路中R為1kΩ，起限流作用，以保證LED不被燒壞；LED用作電源指示，其亮滅代表電源工作受是否正常。該電源優(yōu)點電壓穩(wěn)定，使用周期長，可獨立使用。

圖3 ?電源接口電路

1.4、單片機控制模塊

為了提高性價比，電子秤處理器選用STC89C52RD，其由STC89C52RD芯片、晶振電路和復(fù)位電路三部分組成單片機最小系統(tǒng)，電路如圖4所示。系統(tǒng)復(fù)位電路采用復(fù)合復(fù)位，其由10μF電容、10kΩ電阻按和開關(guān)S構(gòu)成，系統(tǒng)既可通過按鍵S復(fù)位，也可通過電容充放電自動復(fù)位。時鐘采用了內(nèi)部時鐘方式，在單片機的XTAL1和XTAL2口外接12MHz石英晶振，并聯(lián)兩個電容，起穩(wěn)定頻率和快速起振作用，在單片機內(nèi)部產(chǎn)生12MHz時鐘脈沖信號，圖中電容器C1和C2典型值是22pF。

圖4 ?單片機最小系統(tǒng)圖

1.5、液晶顯示模塊

系統(tǒng)測量結(jié)果顯示部分考慮到功耗、壽命及可靠性選用液晶顯示，LCD1602是一種典型的液晶模塊，其采用圖形點陣顯示，通信方式為4或8位并口，內(nèi)置有64個字節(jié)的自定義字符RAM和192種字符。LCD1602液晶模塊典型結(jié)構(gòu)為16個端口，第1、2端口接為電源驅(qū)動口，第3端口為對比度調(diào)節(jié)口，一般在接一個10K多圈可調(diào)電位器，電位器動點直接節(jié)調(diào)節(jié)口，電位器固定端分別接VCC和GND，只要調(diào)節(jié)電位器動點，就可實現(xiàn)對LCD1602對比度的調(diào)節(jié)；LCD1602第4、5、6端口RS、R/W、E為液晶的控制端口，通過單片機的P2.5、P2.6、P2.7引腳進行控制；第7-14端口D0~D7為LCD1602數(shù)據(jù)線，與單片機P0口連接，用于傳輸數(shù)據(jù)；第15、16端口為液LCD1602亮度調(diào)節(jié)端。圖5為單片機與LCD1602接口電路。

圖5 ?LCD1602接口電路圖

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計

為了方便系統(tǒng)調(diào)試，電子秤軟件部分采用了模塊化設(shè)計，主要包括主程序，模/數(shù)轉(zhuǎn)換子函數(shù)、延時子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、LCD顯示子程序，軟件運行通過主函數(shù)調(diào)用子程序。硬件加電，系統(tǒng)快速進行初始化，完成系統(tǒng)變量定義空間分配以及變量賦初值等。系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示。測量時SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器將檢測質(zhì)量轉(zhuǎn)換成模擬信號，再由A/D轉(zhuǎn)換成24位二進制數(shù)字信號，由單片機運算處理后，接著進行定標(biāo)和調(diào)零，調(diào)用LCD顯示子程序，將質(zhì)量數(shù)據(jù)送到LCD1602對應(yīng)的地址上顯示。

圖6 ?系統(tǒng)主程序流程圖

3、系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試，在對系統(tǒng)線性度測量即定標(biāo)的過程中，預(yù)先準(zhǔn)備一組標(biāo)準(zhǔn)砝碼作為基準(zhǔn)。通電時，先對調(diào)零后，放置標(biāo)準(zhǔn)砝碼在傳感器測試區(qū)的中心，待顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記下顯示值，然后依次增大砝碼的質(zhì)量，通過多次重復(fù)測量并記錄砝碼的實際重量和系統(tǒng)所測量的值。系統(tǒng)測試時應(yīng)按照正順序和反順序進行多次測量，即砝碼由輕到重一次連續(xù)增加不要進行中途撤去砝碼，反之依然。由于SP20C-G501傳感器靈敏度極高，懸臂梁的固定端在水平方向必須固定死，否則會影響測量精度；另外傳感器的引線也很靈敏，需要卡死，稍微觸動也會影響測量精度。由表1測量數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)最大相對誤差小于0.4%。

表1系統(tǒng)測量值與真實值

4、結(jié)論

利用高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，有效的改善了電子秤的精度，電源DC5V。經(jīng)測試主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍0～1000g，分度值1g，相對誤差小于0.4%。硬件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，是的系統(tǒng)可靠性高、便于調(diào)試，抗干擾能力強和成本低等優(yōu)點，同時克服了傳統(tǒng)的數(shù)字指示秤、模擬指示秤不精確、速度慢、不能計算、易作弊等缺點。