项目8 智能电子秤的设计与应用
电子秤在日程生活中很常见。本项目应用LabVIEW 软件、应变桥以及相应的电路，来实现电子秤的功能。
8.1 项目描述
8.1.1项目目标
1. 了解应变片原理、悬臂梁，学习电桥分析
2. 了解电子秤的原理
2. 进一步熟悉实验平台nextboard 、nextpad
3. 进一步学习模拟信号采集系统
4. 学习使用LabVIEW 的状态机编写智能电子秤VI
8.1.2任务要求
设计电子秤，实现如下功能：
1. 可测量1000g 以内的质量
2. 可软件整定调零
3. 数码管显示测试结果
4. 具有去皮（去除容器质量）等功能
8.1.3实践环境
硬件设备：nextboard 实验平台、NI PCI-6221数据采集卡、nextsense_06 （应变桥实验模块）。 应变桥实验模块由贴有4个应变片的双孔悬臂梁和放大器组成。
1．应变片是由敏感栅等构成用于测量应变的元件，使用时将其牢固地粘贴在构件的测点上，构件受力后由于测点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由专用仪器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值。项目中使用的硬件模块，悬臂梁黏贴的是金属箔式电阻应变片。
2．双孔悬臂梁称重传感器，是电子计价秤中广泛使用的传感器。其具有上下两个平衡梁。本实验中使用的应变桥模块，使用的就是悬臂梁就是双孔悬臂梁，一端固定，另一端可放置砝码。悬臂梁上贴有4个应变片，如图8-1所示，上下各有两片。其中R1和R3形变量一致，R2和R4形变量一致。因此电桥输出电压为：
R R R R E E R U R R R R R
???????=-+-=?? ???31241234444
图1 双孔悬臂梁应变片贴片图示 图2 惠斯通电桥
3．电桥
称重检测元件上最常用到的调理电路就是惠斯通电桥。惠斯通电桥是一种可以精确测量电阻的仪器。如图8-2是一个通用的惠斯通电桥。桥路上的四个电阻叫做电桥的四个臂，Vout这个点使用AI通道测量其电压变化。当AI所测电压值为0时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。
若将四个应变片全部连入桥路中，通过采集桥路输出电压，可以推算出当前所测质量。同时使用4个应变片的桥路，称之为全桥。使用全桥方式测量，桥路灵敏度最高。若使用2个应变片连入桥路，称之为半桥，灵敏度次之。使用一个应变片连入桥路，灵敏度最低。
本项目中采用全桥，如图8-3所示。悬臂上的4个应变片全部连入桥路中，R1和R3为一对，连入桥路对臂中，R2和R4为一对，连入另一个对臂中。桥路使用5V供电。
由于桥路的输出信号比较微小，故在应变梁模块上提供了放大电路作为信号调理电路，放大倍数为500。可将桥路输出电压V out连接至放大电路，使用AI通道测量放大器输出电压。在未放置砝码时，确保桥路经放大后的输出电压为0V，即需要做电路调零。若当前测试得到的电压不为零，调节桥路这一侧的调零电阻，若仍无法得到0V，可调节右侧放大电路的调零电阻，直到输出电压接近0V。即可开始实验及编程。
图3全桥连线图
软件平台：LabVIEW（2011以上版本）、nextpad
8.2 任务1制作按钮与数码管
8.2.1制作按钮
图 4 自定义控件操作
自定义控件的制作方式，前面的课程已经描述过，此处不做过多的解释。最主要是选择需要修饰的控件，打开控件编辑器窗口，导入所需图片，见图8-4。制作自定义控件，变换按钮的T/F的两幅图片，也可将T-F , F-T两个状态的图片一并修改。
将该按钮的机械动作修改为“释放时转换”，显示项去掉“标签”、“布尔文本”选项。
8.2.2制作数码管
1．制作数码管簇
电子秤上的数码显示如图8-5所示。称重范围在1000g之内，最小单位为1g，因此需要3位数码显示，分别为百位、十位和个位。数码管的制作流程如下：
1）在控件选板中布尔控件“方形指示灯”，放置在前面板，在控件上点右键，去掉控件的标签显示。
2）把方形指示灯拖放为细长形状，然后复制控件，用此方法做4个竖条和3个横条。
3）把控件拼出“8”的形状，并在8的右下角放置一个圆形指示灯，然后右击控件，取消控件的标签（label）显示。调整布尔控件的位置，使其更加美观。
4）选中这8个布尔控件，把它们组合起来。
5）在控件选板中，选择”经典→经典数组、矩阵与簇”，将簇的外框放置在前面板上，将数码管“8”拖放到簇外框中。右击簇的外框，在快捷菜单中，选择”自动调整大小→调整为匹配大小”。
6）在簇边框上右击鼠标，选择“重新排序簇中控件”，从最上面的控件开始按照顺时针方向右0
到7排序，如图8-6所示，排序后，选择窗口上的对钩，关闭排序窗口，即完成了一个数码管的制作。
图5 数码管图6 簇中的控件排序
7）把该数码管复制成三个，并在菜单栏中，查看→工具选板，将调色板的选项配置为T （透明色），涂色簇的外框，将三个簇的外框隐去。
8）在控件选板中，选择修饰->平面圆盒，将簇放置到平面圆盒上，并将该盒子移至后面。
9）用涂色功能，将平面圆盒涂黑。根据需要，适当调整控件的摆布和黑色平面圆盒的大小形状，就制作好如图8-5所示的的3位数码管图形。要想使数码管按照数据正确显示，还需要进行一些程序框图的设计。
2．一位数码显示实现
一位数码显示的程序框图如图8-7所示，这里主要用到条件结构。图中的条件结构共有0～9十个分支，每个分支里都有一个布尔常量组成的常量数组。在数组输出端与簇之间放置了一个“数组至簇转换”函数(该函数位于“编程→数组”)，该函数默认大小为9个成员，由于该数码管有8个，在该函数上点右键，把大小修改成8个。当数值输入控件输入“0”时，选择0分支，数码管显示“0”，以此类推。
图7 一位数码显示实现
3．三位数码显示实现
1）把图8-7中的条件结构复制成3个，分别连接数码管的百位、十位和各位。
2）对于输入的数据进行判断，如果>0就把该数值分解成百位、十位、个位；如果<0，就记为“0”，然后分解。当运行VI时，在数值输入控件输入1000以内的数据，就会在数码观众显示出来。程序框图和三位数码显示结果如图8-8所示。
3）把三位数码显示VI保存为“数码管subVI.vi”，并进行图标和连线板的编辑，以备其它VI 调用。连线板有一个数值型输入端“Numeric”和三个簇输出端，即三个数码管簇。
图8 三位数码显示实现
8.3 任务2设计电子秤前面板
选项卡控件用于将前面板控件重叠放置在一个较小的区域内。选项卡控件由选项卡和选项标签组成。可将前面板对象放置在选项卡控件的每一个选项卡中，并将选项卡标签作为显示不同选项卡的选择器。
前面板设计时，不要将前面板做的过大，除非用户需求是希望运行时程序全屏，否则尽量减小前面板的大小。考虑到设计者和使用者所使用的显示器分辨率可能不一致而导致用户无法正常使用程序。通常建议将程序前面板的大小控制在1024*768范围内。若面板所需放置的内容很多时，推荐使用选项卡控件。
本项目中有三个选项，如图8-9所示。第一个为“系统描述”，用来描述系统的功能、应变桥的连接等；第二个选项为“配置信息”，用来显示在双孔悬臂梁称重传感器上放置不同质量的砝码时，对应的电压数值，以及电压变化曲线；I/O配置通道信息；校准等。第三个选项为“电子秤”，用来显示重物的质量和“去皮”控制，该选项是电子秤的主界面。
新建一个VI，VI的前面板颜色默认色为灰色。这是因为在工业场合中，灰色是最不容易引起视觉疲劳的色彩。在做工业化流水线测试测量设备的时候，设计前面板，要尽量避免过多使用明亮色调的。高亮度的色彩如红色通常用于警报，阅读或提示性的文字无需全部设为高亮度色彩。
除了不要出现过多种色彩以外，前面板的字体也应当保持统一，如中文全部统一使用微软雅黑或宋体。大小也最好能控制在3种以内。只有需要引起用户特别关注的内容才需要用粗体或高亮显示。否则使用者无法将注意力集中到应当注意的内容上。
控件选板中的“修饰”中的内容，可以帮助美化界面。
图9 电子秤前面板
8.4 任务3设计质量换算子VI
被测物质的质量，通过应变桥电路，转换成电压信号。该电压信号经过放大后，送到数据采集卡。因此采集到的电压信号还要经过变换，转换成质量，送显示。图8-10即为电压-质量的转换算法，并加入了去皮（清零）功能。前半部分是以100g质量所对应的电压值为基准，计算得出当前质量，并使用就近取整的函数，将所得质量变为整数（故精度为1g）。程序中同时判定清零按钮是否被按下（值为真否），若为真，读取当前质量作为容器质量，并减去“去皮”的质量；若为假，减去的质量为0，即表示不去零。
其中数值控件“去皮”中的数据如何修改和传递呢？按照我们期待的逻辑，点击清零按钮，读取当前质量，并保存在去皮数值控件中，直到下一次清零按钮再次由假变为真值时，才会更新去皮数值控件中的值。编辑好该VI后，还要进行图标和连线板的编辑，以便主VI 调用。
图 10 电压质量转换算法
8.5 任务4采集质量数据
一个系统可以分为若干个操作步骤，可以自己画出流程图。流程图中每个组成都可以成为一个状态，将每个状态变为程序中的一个帧，且在需要时可以灵活调用各个帧，用状态机来实现非常方便。
8.5.1状态机基本架构
点击菜单栏的“文件→新建”，选择菜单中的第二个新建选项，打开新建模板的对话框，选择标准状态机模板，如图8-11所示。
状态机由状态的集合以及对应状态切换的转换函数构成。每个状态可触发一个或多个状态或结束进程处理状态机的组成有：while循环，移位寄存器，枚举类型，条件结构。
图11 状态机基本架构
移位寄存器可将上一次循环的值传递至下一次循环。移位寄存器以一对接线端的形式出现，分别位于循环两侧的边框上，位置相对。
右键循环边框，从快捷菜单选择添加移位寄存器，右侧的移位寄存器存储每次循环结束后的数据，左侧的寄存器为下一循环提供所存储的数据。
移位寄存器在内存上开辟了内存空间。关闭VI之前，未初始化的移位寄存器将保留上一次循环的值。
在图8-11中的为枚举型接线端子。在使用时，应把它进行自定义，用来添加所需状态。在该端子上右击，选择“打开自定义类型”，出现枚举控件编辑窗口。右击该枚举控件，选择“编辑项”，会出现该控件的属性对话框。把第0项“Initialize”、第1项“Stop”修改为需要的状态名称，然后点击对话框中的“插入”按钮，添加所需要的状态名称。可以使用“上移”和“下移”来改变元素所在的位置。
比如一个同时具有读、写操作的数据采集的VI，一般需要“初始化”、“开始采集”、“写数据”、“读数据”、“停止数据采集”五个状态。关闭控件编辑对话框对话框，选择保存该控件到指定位置，文件名为“状态机.ctl”，窗口如图8-12所示。鼠标单击“初始化”枚举端子右边的向下三角号查看，可看到这五个状态选项。使用这样的自定义控件，可以同时修改所有引用位置的控件内容，可以发现在条件结构框中使用的该枚举控件，已经和修改后的内容保持一致了。
图12基于状态机数据采集框架
此时，条件结构只有两个分支：“初始化”、“开始数据采集”，另外三个分支，需要添加。在“开始数据采集”分支的选择器标签上右击，选择“在后面添加分支”就出现“写数据”分支；以此方法添加，就实现了五个各分支的条件结构。查看条件结构，此时的条件结构中以及包含了其余的各个所需添加的帧，名称和枚举控件中所包含的元素相同，见图8-13。
图13 查看条件结构
在状态机中，Beginning State（初始状态）为“初始化”；初始化的Next State（下一个状态）为“开始数据采集”；开始数据采集之后的状态就应该是读、写操作了。程序运行时，会一直进行读、写操作，直到满足停止条件，才进入“停止采集”状态。因此，读和写互为下一个状态。把状态机控件复制到每一个分支，并与条件结构的数据隧道连接，选择适当的“Next State”：
初始化→开始数据采集→写数据→读数据
↑
停止按钮按下→停止采集→停止VI
程序框图如图8-14所示。
图14 状态机状态切换
8.5.2状态机实现数据采集
本项目中程序框图出现了双循环,LabVIEW是天生并行的并行环境。在LabVIEW编程过程中，若两个线程之间没有数据连线影响到两个线程的执行顺序，则这两个线程就是并行的，这是由LabVIEW 的数据流思想决定的。下面对前面学习的基于状态机的数据采集框架，进行数据采集程序设计。
在进行设计之前，首先对该项目进行分析，来确定创建数据采集的类型。由于要给桥路一个激励电压AO，电压值为5V，因此需要创建一个电压AO过程；另外要读取被测物质的质量，就要创建一个电压AI 过程。对该框架的五个分支分别设计如下：
1．初始化分支：
图15 初始化分支
初始化分支如图8-15所示，在初始化分支中，定义去皮功能为假，并指定下一个状态为开始数据采集。
2．开始数据采集分支：
1）创建AO 电压通道，输出接线端配置采用RSE模式(参考单端模式)，电压范围0～10V。
2）创建AI电压通道，输入接线端配置采用差分模式，电压范围－5～5V。设置采样时钟的采样率为100、采样模式为连续采样、每通道采样50。在采样时钟后放置DAQmx开始任务，用来开始测量。
3）在While循环上添加移位寄存器，每个通道添加2个，分别连至“任务输出”和“错误输出”，即完成该分支设计。该分支程序框图如图8-16所示。
图16 开始数据采集分支
图17写数据分支
图18读数据分支
图19停止采集分支
3．写数据分支：
如图8-17所示，该分支实现模拟信号生成过程，作用是通过AO通道，将5V电压作为桥路激励电
压，加在电桥上。
4．读数据分支：
当悬梁上放置不同重物时，电桥输出电压会发生变化。该电压经放大器放大后，通过数据采集卡，送到上位机。读数据分支作用就是读取该电压，并进行数据处理，送显示：首先设置每通道采样数为50，把采样数据求平均值；然后调用“电压质量转”子VI，把电压值转换为质量，进行显示“当前g”；再调用“数码显示”子VI，把质量值在三位数码管上显示。该分支程序框图如图8-18所示。
5．停止采集分支：
在该分支实现停止采集任务、清除任务、停止运行VI。该分支程序框图如图8-19所示。
8.5.4实现去皮功能
本项目中是用了两个while循环，一个while循环来完成状态机结构的运行，另一个循环就是用来放置事件结构，如图8-20所示。事件结构无需轮询界面，超时无数值设定，则事件结构当且仅当有事件发生（如某个布尔量的数值改变了）才会做出响应。
可以触发事件结构的动作有很多，常见的有单击鼠标按键、单击键盘按键、修改数值控件的值等。通常放置于While循环，每次循环仅处理一个事件，无事件发生时休眠。所谓休眠，就是不做轮询的操作。无界面操作，就不工作，将资源留给CPU处理其他事情。
在程序框图中放置事件结构，程序框图-控件选板-结构-事件结构，拖放至程序框图上，并将其放置于一个while循环中。需要注意的是，要停止该循环，需要添加一个事件帧，用来响应界面停止按钮的操作。添加事件帧：右击事件结构，在快捷菜单中选择“添加事件分支”。跳出对话框，选择事件源，为“清零”按钮，发生的事件可以选择“值改变”。如果需要响应其他的动作，最右侧的事件当中，展开各个选项，做选择即可。配置完成后，点击确定按钮。
图 20 事件结构实现去皮功能
8.6 调试测试系统
操作步骤：
1、将nextsense_06模块安置在对应的nextboard平台的模拟信号槽位槽位上。
2、打开nextboard电源，使用nextpad检测模块是否正常使用。
3、关闭nextboard电源，进行硬件连接。应变桥的左端用螺丝固定在nextsense_06模块的上方，右端悬空。
4、调零。
1）在nextpad里面双击“传感器”文件夹，双击“6”打开应变桥实验。在该实验界面选择“调零”选项，如图8-21所示。
2）按照该界面上的步骤1～4操作：
单击“应变桥”电路选择“全桥”连接，并把硬件电路按照全桥方式连接。
把桥路激励电压AO设置为5V，桥路上的开关打到“On”。
把电桥的输出端U sc连接到AI+、AI-，nextboard电源，单击采集按钮，观察AI电压信号波形，如果偏离零点，调节桥臂中的调零电位器，以使波形在零位置。
把电桥的输出端Usc连接到放大电路的输入端Vin，再把放大器输出端连接到AI+、AI-，单击采集按钮，观察AI电压信号波形，如果偏离零点，调节放大器上的调零电位器，以
使波形在零位置。
5、检查应变桥实验模块有型变时，模块电路是否有正确的电压值输出。在实验界面选择“实验测量”选项，如图8-22所示。在该界面中，察看数据I/O通道、观察电压随重物变化曲线、总务质量等信息。放置不同质量的砝码，读取对应电压值，观察数值是否正确。
图21 系统调零界面图22实验测量界面
6、根据任务要求，编写VI。
7、实验模块在不同位置时通道号也不一样。在nextpad中，读取数据I/O物理通道号，填写到自己的VI通道号中。
8、运行调试VI，进行功能测试测试，截取图片，撰写项目报告。
图23 系统调零
图24 无物体时
图25 重量为7g时电子称版
图26 重量为7g时应变力测试板
图27 实现去皮功能电子称板
图28 实现去皮功能应变力测试板
图29 实现去皮功能应变力测试板
图30 实现去皮功能电子秤板
图31 不去皮电子称板
总结
第一章绪论 (1) 1.1研究目的和意义 (1) 1.2电子称重系统的应用领域 (1) 1.3主要工作以及论文结构 (1) 第二章系统方案论证与选型 (3) 2.1控制器部分 (3) 2.2数据采集部分 (4) 2.2.1 传感器的选择 (4) 2.2.2放大电路选择 (6) 2.2.3 A/D转换器的选择 (7) 2.2.4键盘处理部分方案论证 (8) 2.3显示电路部分的选择 (9) 2.4超量程报警部分选择 (9) 2.4.1 电源模块方案选型 (9) 第三章硬件电路设计 (10) 3.1AT89S52的最小系统电路 (10) 3.1.1单片机芯片AT89S52介绍 (10) 3.1.3 AT89S52的最小系统电路构成 (11) 3.2电源电路设计 (12) 3.3数据采集部分电路设计 (12) 3.6.1LED结构与原理 (14) 3.6.2动态显示LED显示器接口 (15) 3.4键盘电路与AT89S52单片机接口电路设计 (16) 键盘电路与AT89C51的接口电路设计 (16) 3.5报警电路的设计 (17) 第四章系统软件设计 (19) 4.1主程序设计 (19) 4.2子程序设计 (20) 4.2.1 A/D转换启动及数据读取程序设计 (20) 4.2.2显示子程序设计 (21) 4.2.3 键盘输入控制程序的设计 (21) 4.2.4报警子程序的设计 (22) 第五章总结 (23) 参考文献 (24) 附录1系统总图 (25)
第一章绪论 1.1 研究目的和意义 传统的机械秤有很多缺点，比如精度不高，结构复杂，易老化，成本高等。随着社会的发展，市场对秤的要求的越来越高，尤其是人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性，它用压力传感器取代机械秤的弹簧大大减小了秤的体积和制造难度，以LCD 或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美观，由于内部集成了单片机以及软件系统，电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能性。他可以完成过载报警，总价计算，数据通信等众多功能。 目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，而且整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性的开发出一套具有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤应用中的不足之处，具有现实意义。 1.2 电子称重系统的应用领域 电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。电子秤的应用领域主要分为工业计量和民用消费类。在工业计量应用领域有电子天平，珠宝秤，市场计价秤等；而民用秤主要有厨房秤，人体秤，便携式口袋秤等。工业计量应用对精度要求较高，而民用消费类的应用对精度的要求不高，但对秤的外观，智能性，便携性却有很高的要求。 1.3主要工作以及论文结构
摘要 本简易电子秤由数据采集、控制器和人机交互界面三部分构成。其中数据采集部分由测量电路、差动放大电路与电压采集电路组成；测量电路采用4片电阻应变片组成的全桥电路。差动放大把传感器输出的微弱模拟信号放大275倍，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求；A/D转换器把模拟信号转变成数字信号，控制器把数字信号输送到显示电路中去。控制器选用IAP15F2K61S2单片机，用按键来选择、确定功能，最后所有结果由OLED进行显示。 电子秤自带电源，并具有称重、设置单价、金额累计、去皮、超量程报警与语音播报等功能。当电子秤称重围为5.00g~500g。当重量小于50g时，称重误差小于0.5g；重量在50g及以上，称重误差小于1g。整个系统稳定，界面友好，转换精度高，人性化。 关键词：电子秤传感器 A/D 控制器
目录 第1章方案比较论证与选择 (1) 1.1整体设计思路 (1) 1.2数据采集部分 (1) 1.2.1测量电路 (1) 1.2.2放大电路 (2) 1.2.3电压采集电路 (2) 1.3控制器部分 (2) 1.4人机交互界面 (3) 1.4.1按键 (3) 1.4.2显示界面 (3) 1.5系统设计框图 (4) 第2章系统模块电路设计 (4) 2.1数据采集部分 (4) 2.1.1测量电路 (4) 2.1.2放大电路 (5) 2.1.3电压采集电路 (6) 2.2控制器部分 (7) 2.3人机交互界面 (7) 2.3.1按键 (7) 2.3.2显示界面 (7) 2.4其他 (8)
2.4.1系统电源 (8) 2.4.2语音播报部分 (8) 2.4.3固件升级接口 (8) 第3章系统软件设计 (9) 3.1软件设计工具与平台 (9) 3.2软件设计思想 (9) 3.3软件设计流程图 (10) 第4章系统调试与测试 (10) 4.1调试与测试所用仪器 (10) 4.2调试过程 (10) 4.3测试过程 (11) 4.4测试结果 (13) 4.5结果分析 (13) 第5章设计总结 (14) 参考文献 (14) 附录 (15)
单片机电子秤设计报告 秤是一种在实际工作和生活中经常见到的测量器具。随着计量技术和电子技术的发展, 传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰, 电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。 和传统秤相比较, 电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现, 具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量范围为0-10Kg, 测量精度达到5g, 有高精度, 低成本, 易携带的特点。电子秤采用液晶显示汉字和测量记过, 比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外, 该电子秤电路简单, 使用寿命长, 应用范围广, 能够应用于商场、超市、家庭等场所, 成为人们日常生活中不可少的必须品。 一、功能描述 1、采用高精度电阻应变式压力传感器, 测量量程0-10kg, 测量精度可达5g。 2、采用电子秤专用模拟/数字( A/D) 转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换, HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术, 是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。 3、采用STC89C52单片机作为主控芯片, 实现称重、计算
价格等主控功能。 4、采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。 5、采用4*4矩阵键盘进行人机交互, 键盘容量大, 操作便捷。 6、具有超量程报警功能, 能够经过蜂鸣器和LED灯报警。 7、系统经过USB电源供电, 单片机程序也可经过USB线串行下载。 二、硬件设计 1、硬件方案 单片机电子秤硬件方案如图1所示: 图1 单片机电子秤硬件方案
For personal use only in study and research; not for commercial use 目录 序言 (3) 第1章任务和指标 (4) 1.1 设计任务 (4) 1.2设计指标 (4) 第2章功能分析 (5) 2.1系统总体框架图 (5) 2.2各模块基本原理 (5) 2.2.1采用应变片称重的基本原理 (5) 2.2.2放大器的工作原理 (6) 2.2.3 A/D转换的工作原理 (10) 2.2.4 数码管显示的工作原理 (10) 第3章硬件设计 (11) 3.1 电路主要结构 (11) 3.2 ±12V稳压电路 (11) 3.3 两级放大电路 (12) 3.4 A/D转换电路 (12) 3.5 数字显示电路 (13)
第4章软件设计 (14) 4.1 总程序模块设计 (14) 4.2 A/D电路模块设计 (14) 4.3 拆字程序模块设计 (15) 4.4 显示电路模块设计 (15) 第5章安装与调试 (16) 5.1 硬件调试 (16) 5.2 软件调试 (16) 5.3 综合调试 (16) 5.4 故障分析与解决方案 (16) 5.4.1 故障出现情况 (16) 5.4.2 解决方案 (17) 5.5 功能测试及结果分析 (17) 总结 (19) 参考文献 (20) 附录 (21) 附录1 (21) 附录2 (23) 附录3 (24) 附录4 (24) 附录5 (25)
序言 《孙子?算经》记载：秤之所起，起于黍，十黍为一累，十累为一铢，二十四铢为一两，十两为一斤。称重技术自古以来就被人们所重视，在传说的皇帝“设五量”中，权衡既为五量之首。夏禹的“声为吕，声为度，称以出”；“循守会稽，乃审权衡，平斗斛”等，均说明了在我国古代称重技术所处的位置和重要性。在公元前，人们为了对货物交换量的估计，起初采用木材或陶土制作的容器作为交换货物的计量。以后，又采用简单的秤来测定质量。 在19世纪后期，随着工业化的迅猛发展，出现了大量迅速称量散料物品的自动秤。第一台定量自动秤约在1880年获得型式批准的，它是由倾斜象限杆秤发展来的。每次约可称量500kg。这种自动秤的称量过程分以下几个阶段：a，打开装满散料的容器；b，把散料输入到秤斗里进行称量；c，到达平衡位置时，关闭进料闸门；d，自动卸空料斗；e，秤斗和气动联动装置回到初始位置，自动地启动下一个称量程。 随着科技革命，传感器技术的迅速发展，单片机的出现，电子秤走进的人们的生活。电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂，由粗糙到精密，由机械到机电结合再到全电子化，由单一功能到多功能的过程。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重，配料定量称重，以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量值的信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制与检验功能，从而推动工业生产和贸易交往的自动化和合理化。近年来，电子衡器已愈来愈多地参与到数据处理和过程控制之中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术，储运技术，预包装技术，收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成部分。 我国的衡器在20世纪40年代以前还全是机械式的，40年代开始发展了机电结合式的衡器。50年代开始出现了称重传感器为主的电子衡器。由于称重传感器各项性能不断有新的突破。为电子秤的发展奠定了基础。国外如美国，西欧等一些国家在20世
《汽车衡全自动智能称重系统》 设 计 方 案
一、综述： 一直以来，电子衡器称重管理工作，都是煤炭、水泥、石化、粮食、饲料、冶金、化工等工业以及所有需要电子磅计量行业中的难题。往往磅房远离管理部门，司磅人员的工作得不到有效监控，而且每天大量的手工填单和计算工作极易发生错误，这些问题的存在，久而久之，日积月累下来都将给企业带来巨大的经济损失。随着新技术的发展，对称重管理要求的提高，如何有效地管理称重数据，提高工作效率，提高企业信息化管理水平，是各企业的管理人员所想的，也是我们所开发的称重管理系统所必须做的。 我公司根据热电企业、垃圾焚烧行业、大型煤电企业的实际情况，引进国内外先进的技术经验成功开发了一套汽车衡智能称重管理系统。已广泛应用在国内多家垃圾处理场、发电厂以及化工、造纸企业，受到广大用户的肯定！ 汽车衡全自动称重系统是集远距离车号自动识别系统、自动语音指挥系统、称重图像即时抓拍系、红绿灯控制系统、红外防作弊系统、道闸控制系统、远程监管系统于一身的智能称重系统。在称重的整个过程里做到计量数据自动可靠采集、自动判别、自动指挥、自动处理、自动控制，最大限度的降低人工操作所带来的弊端和工作强度，提高了系统的信息化、自动化程度。对于管理部门，可以通过系统中的汇总报表了解当前的生产及物流状况；对于财务结算部门，则可以拿到清晰又准确的结算报表；仓管部门则可以了解到自己的收、发货物的情况等。这些报表数据是随时可以查阅的，因此它也加强了管理上的一致性，缩短了决策者对生产的响应时间，提高了管理效率，降低了运行成本，促进了企业信息化管理。
二、系统设计原则 1 可靠 本系统是一个长期运行的系统，保证系统稳定可靠的运行是首先要考虑的。设计时充分考虑了系统在部分出现故障时仍然能够提供对用户的服务，并且能够很快的排除故障恢复正常运行。 2 可扩展 企业的发展是有一个过程的，相应的需求也是一个由小到大的过程，在系统方案中按照系统分析、统筹规划的观点将系统规划成一个扩展性很强且在扩容升级时浪费最少的系统。中心系统采用叠加式模块升级方式，逐步实现平滑扩容；降低系统维护升级的复杂程度，提高系统更新、维护和升级的效率；软件系统使用先进的网络开发平台，以客户机/服务器体系结构为框架，结合模块化和结构化的设计思想，既考虑到当前使用的易用性，更具有适当的超前性。同时系统具有与其他信息系统进行数据交换和数据共享的能力；计算机网络系统适应将来的广域扩展。 3 标准化和优势确立 系统实现时尽量采用符合工业标准的技术，保证技术实现的质量，便于日常维护和系统的扩展。 系统采用成熟的高新科技，以目前较为先进的方法实现需要的功能，既反应当今科技的先进水平，又具有发展潜力，保证系统在相当长的时间内不被淘汰。 4 开放 系统设计遵循开放性原则，整个系统的操作以方便、简捷、高效为目标，多操作平台整体设计统一操作，既充分体现快速反应的特点又能便于工作人员进行业务处理和综合管理，便于领导层、管理层及时了解各项统计信息和决策信息。
学号： G RADUATE T HESIS 论文题目：基于51 单片机的电子秤的设计 学生姓名： 专业班级： 学院： 指导教师： 2017 年06 月12 日
第一章功能说明 本设计系统以单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步设计了各个单元功能模块。 系统的硬件部分包括最小系统部分、数据采集部分、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括AT89S52和扩展的外部数据存储器；数据采集部分由称重传感器，信号的前期处理和A/D 转换部分组成，包括运算放大器AD620和A/D 转换器ICL7135；人机界面部分为键盘输入，四位LED数码显示器，可以直观的显示重量的具体数字以及方便的输入数据，使用方便；系统电源以LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。 系统的软件部分应用单片机C 语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为0～9.999Kg ，重量误差不 大于± 0.005Kg）, 并发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和设定十种商品的单价，还具有超量程和欠量程的报警功能。 本系统设计结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。 称重传感器原理 即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。 按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。 传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成” 。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。此外传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%~70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此，在人们设计电子秤时，正确地选用称重传感器非常重要。 称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种：电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。（本设计采用的是电阻应变式） 电阻应变式称重传感器包括两个主要部分，一个是弹性敏感元件：利用它将
1系统方案设计 1.1 电子秤的组成结构 1.1.1电子秤的基本结构 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电子秤均由以下三部分组成： （1）承重、传力复位系统 它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。 (2)称重传感器 即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。 按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。 对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。 (3)测量显示和数据输出的载荷测量装置 即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。 1.1.2电子秤的工作原理 当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正
学号： 毕业设计 G RADUATE T HESIS 论文题目：基于51单片机的电子秤的设计 学生姓名： 专业班级： 学院： 指导教师： 2017年06月12日
第一章功能说明 本设计系统以单片机AT89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步设计了各个单元功能模块。 系统的硬件部分包括最小系统部分、数据采集部分、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括AT89S52和扩展的外部数据存储器；数据采集部分由称重传感器，信号的前期处理和A/D转换部分组成，包括运算放大器AD620和A/D转换器ICL7135；人机界面部分为键盘输入，四位LED数码显示器，可以直观的显示重量的具体数字以及方便的输入数据，使用方便；系统电源以LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。 系统的软件部分应用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为0～9.999Kg，重量误差不大于±0.005Kg）,并发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和设定十种商品的单价，还具有超量程和欠量程的报警功能。 本系统设计结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。称重传感器原理 即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。 按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。 对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。 传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。此外传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%~70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此，在人们设计电子秤时，正确地选用称重传感器非常重要。 称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种：电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。（本设计采用的是电阻应变式）电阻应变式称重传感器包括两个主要部分，一个是弹性敏感元件：利用它将被测的重量转换为弹性体的应变值；另一个是电阻应变计：它作为传感元件将弹性体的应变，同步地转换为电阻值的变化。电阻应变片所感受的机械应变量一般
单片机电子秤说明书 秤是一种在实际工作和生活中经常用到的测量器具。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。 和传统秤相比较，电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现，具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量范围为0-10Kg，测量精度达到5g，有高精度，低成本，易携带的特点。电子秤采用液晶显示汉字和测量记过，比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外，该电子秤电路简单，使用寿命长，应用范围广，可以应用于商场、超市、家庭等场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。 一、功能描述 1、采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程0-10kg，测量精度可达5g。 2、采用电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换，HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。 3、采用STC89C52单片机作为主控芯片，实现称重、计算价格等主控功能。 4、采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。 5、采用4*4矩阵键盘进行人机交互，键盘容量大，操作便捷。 6、具有超量程报警功能，可以通过蜂鸣器和LED灯报警。 7、系统通过USB电源供电，单片机程序也可通过USB线串行下载。 二、硬件设计 1、硬件方案 单片机电子秤硬件方案如图1所示：
图1 单片机电子秤硬件方案 称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片，内置增益控制，精度高，性能稳定。HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据，进行计算转换，再液晶屏上显示出来。 矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体重量得到后，用户可以通过矩阵键盘输入单价，电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。电源系统给单片机、HX711电路及传感器供电。 2、称重传感器 传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。 (1) 灵敏度 称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mV/V。当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mV。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6mV。当电子秤应用于工业环境时，在6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。 (2) 总误差 总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。 (3) 漂移 称重传感器也产生与时间相关的漂移。
《基于Lab View的电子秤设计》 课设报告书 学院：机电学院 学号： 姓名： 同组人： 指导老师： 提交日期：2017 年 6 月12 日
目录 一、概述 (1) 二、功能需求分析 (1) 三、系统设计 (1) 四、技术实现 (12) 五、课程设计问题及解决方法 (13) 六、心得体会 (13)
一、概述 电阻应变片是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化。可直接作为测量传感元件，将电阻应变片接成电桥形式，当钢梁受到外力产生形变时，电桥内各电阻值将发生变化，产生相应的不平衡输出。 本次课程设计的目的，是掌握传感器的组成和基本原理、基本概念和分析方法、并具备构造、调试和工程设计传感器的能力。了解labview软件的使用方法，并利用软件构建信号分析程序和前面板。 二、功能需求分析 （1）量程0～1.5Kg，应变式传感器的结构设计； （2）电路设计，差分放大电路； （3）程序设计，包括信号处理程序和前面板。 三、系统设计 其电路构成主要有测量电路，差动放大电路。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足NI数据采集卡的输入要求，将信号输入进电脑进行进一步分析。 原理流程图如下： 1、测量电路 电阻应变式传感器简称电阻应变计。当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数
传感器课程设计 小量程电子秤设计 学校：河海大学 专业：应用物理学 姓名：季庚午 学号：0810020116 指导老师：丁万平
Ⅰ、总体设计方案 本设计由以下几部分组成：电阻应变传感器、信号放大器、模数转换、单片机、显示器。其结构图如下所示。 由电阻应变式传感器感受被测物体的质量，通过电桥输出电压信号，通过放大电路将输出信号放大，而后送入A/D转换单元进行模数转换，将转换后的数字信号送给单片机；单片机接收数据后，对数据进行处理，将其转换为对应的重量信息，送LED显示模块进行显示。单片机同时也可以进行去皮调零操作。 Ⅱ、硬件电路设计 一、传感器选择 1、传感器型号：WTP616平行梁式称重（测力）传感器； 2、产品特点及结构：主要适用于口袋称，手掌称等电子称重； 3、主要技术参数： 额定载荷(Kg):500g; 绝缘电阻（MΩ）>=2000（100VDC） 精度等级：C3; 激励电压（V）5~10DC 综合误差：（%F.S）0.05; 温度补偿范围（℃）-10~+40 灵敏度（mV/V）0.7+-0.1 使用温度范围（℃）-20~+50 非线性(%F.S)：0.05; 零点温度影响（%F.S/10℃）0.2 滞后(%F.S)：0.05; 灵敏度温度影响（%F.S/10℃）0.15 重复性(%F.S)：0.05; 安全过载范围(%F.S) 150 蠕变（%F.S/30min）:0.05; 极限过载范围(%F.S) 零点输出（%F.S）: +-1; 输出阻抗（Ω）: 1000+-50 输入阻抗（Ω）:100050 电缆线: 四芯屏蔽电缆 4、接线方法：输入（电源）+：红色；输入（电源）—：黑色；输出（信号）+：绿色；输出（信号）—：白色 5、实物图： 图Ⅱ.1.1:WTP616实物图 应变传感器信号放大器单片机LED显示
X X X X学院 毕业实践报告 题目：智能电子秤的设计 二级学院电子与计算机学院专业 xx 级通信技术学生姓名 指导教师 2011年05月31日
摘要 智能电子秤主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。该电子秤不但计量准确、快速方便，更重要的是除了能实现自动称重、计价功能外，还可实现去皮、净/毛转，自动计算，数字显示等功能，受到广大用户欢迎。智能电子称由于携带方便，使用简单，对人们生活的影响越来越大。 关键词：电子秤，称重传感器。
Abstract Intelligent electronic balance values detection and the modern new-type names of technical comprehensive one body such as conversion technical.This system aims at is the automatic name of electronic name heavy, automatic valuation and data handling carry out research. it is to how to carry out handling for sampling data , is for the collection of data and conversion and calculation problem has studied. Have discussed the suspension of the key in single flat machine control system , calculate problem , show as a result that through software design, realization is perfected more. This text is weighing the foundation of hardware design to intelligent electron , has analysed the software control method of electronic name in detail. Since the electron of single flat machine control weighs structure, is simple, cost is cheap, receive deeply people like. Keywords:Intelligence electronic weighing; weighing sensor
1.前言 电子称重技术是现代称重计量和控制系统工程的重要基础之一，电子衡器经过40年的不断改进和完善，从60年代的机电结合型发展到现在的全电子型和数字化智能型。由于它具有称量准确、快速，读取方便，环境适应性强，便于与电子计算机结合而实现称重计量与过程控制自动化等特点，在工商贸易、能源交通、轻工食品、医药卫生、航空航天等部门得到了广泛的应用。本课题本着电子秤向高精度、高可靠方向研究,讲述了用单片机控制A/D转换、键盘输入和数据显示，对如何实现键盘中断、A/D采样进行研究。设计特别适用于测量精度要求较高的场合, 具有较高的实用价值和推广价值。本文中第一章讲述了电子秤的发展情况及其工作原理，第二章讲述了电子秤的硬件电路组成部分,第三章介绍了电子秤各部分功能实现的软件设计。 1.1研究本文的意义 物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节。称重装置或衡器是不可缺少的计量工具。随着工农业生产的发展和商品流通的扩大，衡器的需求也日益增多，过去沿用的机械杠杆秤己不能适应生产自动化和管理现代化的要求。自六十年代以来，由于传感器技术和电子技术的迅速发展，电子称重技术日趋成熟，并逐步取代机械秤。尤其是七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。快速、准确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面已成为现代称重技术的主要特点。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。同时对称重仪表的要求也越来越高，要求仪表有更高抗干扰能力、更高的精度。 基于电子秤的现状，本文拟研究一种用单片机控制的高精度数字电子秤设计方案。这种高精度数字电子秤计量准确、携带方便，集质量称量功能与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。 1.2 电子秤的发展 1.电子技术渗入衡器制造业 随着第二次世界大战后的经济繁荣，为了把称重技术引入生产工艺过程中去，对称重技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术不断渗入衡器制造业。在1954年使用了带新式打印机的倾斜杠杆式秤，其输出信号能控制商用结算器，并且用电磁铁机构与代替人工操作的按键与办公机器联用。在1960年开发出了与衡器相联的专
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第1章绪论 1.1引言 在我们生活中经常都需要测量物体的重量，于是就用到秤，但是随着社会的进步、科学的发展，我们对其要求操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。 1.2 选题背景和意义 称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到
国民经济各领域，取得了显著的经济效益。电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子秤与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。例如标签秤在超市中的应用已经是耳闻目睹的了。一张小小的标签包含着：品名、价格、重量等，一一列表在这小小的电子标签上。标签机的使用大大加快了销售速度，也方便了顾客。顶尖条码标签称有着许多卓越的特点，以太网功能使管理更加方便。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。经过40多年的不断改进与完善，衡器技术也在不断进步和提高。从世界水平看，衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展：电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
电 子 设 计 实 验 报 告 电子科技大学 设计题目：电子称姓名：
学生姓名 任务与要求 一、任务 使用电阻应变片称重传感器，实现电子秤。用砝码作称重比对。 二、要求 准确、稳定称重； 称重传感器的非线性校正，提高称重精度； 实现“去皮”、计价功能； 具备“休眠”与“唤醒”功能，以降低功耗。
电子秤 第一节绪论 摘要：随着科技的进步，在日常生活以及工业运用上，对电子秤的要求越来越高。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。影响其精度的因素主要有:机械结构、传感器和数显仪表。在机械结构方面,因材料结构强度和刚度的限制,会使力的传递出现误差,而传感器输出特性存在非线性,加上信号放大、模数转换等环节存在的非线性,使得整个系统的非线性误差变得不容忽视。因此,在高精度的称重场合,迫切需要电子秤能自动校正系统的非线性。此外,为了保证准确、稳定地显示,要求所采用的ADC具有足够的转换位数,而采用高精度的ADC,自然增加了系统的成本。基于电子秤的现状,本文提出了一种简单实用并且精度高的智能电子秤设计方案。通过运用很好的集成电路,使测量精度得到了大大提高,由于采用数字滤波技术,使稳态测量的稳定性和动态测量的跟随性都相当好。并取得了令人满意的效果。 关键词：压力传感器，AD620N放大电路，ADC模数转换，STM32单片机，OLED 显示屏，矩阵键盘，电子秤。 1.1引言 本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用全桥测量电路，是系统产生的误差更小。输出的数据更精确。而AD620N放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D 转换器对输入信号电平的要求。A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模拟量转数字量转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由OLED
电子秤的设计与实现 一.研究的目的和意义 随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。 传统的机械秤有很多缺点，比如精度不高，结构复杂，易老化，成本高等。随着社会的发展，市场对秤的要求的越来越高，尤其是人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性，它用压力传感器取代机械秤的弹簧大大减小了秤的体积和制造难度，以LCD或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美观，由于内部集成了单片机以及软件系统，电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能性。他可以完成过载报警，总价计算，数据通信等众多功能。 目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，而且整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性的开发出一套具有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤应用中的不足之处，具有现实意义。 二.设计原理 1.电子秤的原理就是利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过A\D模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。此外，还可通过键盘设定所称物品的价格。
2. 原理仿真设计电路图 图1 3.程序框图 （1）主程序设计 图2 主程序设计
福建电力职业技术学院 课程设计课程名称：传感器与检测技术课设 题目：电子秤电路设计 专业班次： 姓名：杰克 学号： 指导教师： 学期：2011-2011学年第一学期日期：2012.2.13-2012.2.20
摘要 该设计以51系列单片机AT89S52为控制核心，实现了电子秤的基控制功能。随着电子技术和自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便携式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。近年来，新型单片机的出现和集成电路技术的发展为更新产品设计，研制高性价比的称重控制器提供了条件。本设计采用AVR单片机为控制核心，结合电阻应变式压力传感器和相应的信号采集电路，A/D转换部分组成，人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示设计出一种高精度、多功能、低成本的新型电子秤。 该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为0~10千克，质量误差不大于10克），还具有超量程和报警功能。整个系统结构简单，适用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。 关键词：单片机；集成电路；采样电路；A/D转换器；液晶显示
目录 摘要 ......................................................................... I 第一章绪论 .. (3) 1.1 选题背景与意义 (3) 1.2 称重传感器的基本知识 (3) 1,3 研究的现状 (3) 第二章系统方案的设计 (6) 2.1 系统总体设计 (6) 2.2 系统工作原理及设计基本思路 (6) 2.3 数据采样部分的方案确定 (7) 第三章系统硬件设计 (10) 3.1 AT89S52单片机 (10) 3.2 称重传感器 (10) 3.3 A/D转换器 (11) 3.4 人机界面 (12) 第四章总结 (13) 参考文献 (14)
一种新型智能电子秤的设计 杨纪明 吴军辉 西安交通大学 西安:710049 摘 要 本文给出了一种新型智能电子秤的设计方案。该系统以单片机作为中心控制单元,采用V F型模数转换、锁相倍频、非线性校正和数字滤波等技术。 关键词 电子秤 单片机 非线性校正 数字滤波 Abstract T h is p ap er p resen ts a new design fo r the in telligen t electron ic scale.T he m icro2 con tro ller w as u sed as the cen tral con tro l un it in the system,the techn iques of V F conversi on, PPL m u lti p lex frequency,non-linear co rrecti on and digital filter w ere em p loyed. Keywords E lectron ic scale M icrocon tro ller N on linear co rrecti on D igital filter 1 引言 随着科技的进步,对电子秤的要求也越来越高。影响其精度的因素主要有:机械结构、传感器和数显仪表。 在机械结构方面,因材料结构强度和刚度的限制,会使力的传递出现误差,而传感器输出特性存在非线性,加上信号放大、模数转换等环节存在的非线性,使得整个系统的非线性误差变得不容忽视,因此,在高精度的称重场合,迫切需要电子秤能在线自动校正系统的非线性。此外,为了保证准确、稳定地显示,仪器内部分辨率(主要是ADC的分辨率)一般要比外部显示分辨率高4倍以上,这就要求所采用的ADC具有足够的转换位数,而采用高精度的ADC,自然增加了系统的成本。 基于电子秤的现状,本文提出了一种用单片机控制的高精度智能电子秤设计方案。通过实时地对系统的非线性进行补偿,使测量精度得到了大大提高,由于采用数字滤波技术,使稳态测量的稳定性和动态测量的跟随性都相当好,根据该方案设计的电子秤已成功地用于航空发动机推力(范围为0～150kN)的测试,并取得了令人满意的效果。 2 硬件结构及工作原理 硬件结构如图2-1所示,称重传感器输出信号(0～200mV)经放大和模数转换后,由单片机进行数据采集,然后通过软件完成非线性校正、数字滤波和归一运算等处理,最后将测量结果送L ED显示器显示。 整个测量系统以单片机A T89C51为中心控制单元,A T89C51内含完整的多通道定时器 计数器和响应迅速的中断系统,并且具有4K字节的电可擦写程序存储器和接口方便的I O口。设计提出的高分辨率V F型模数转换和非线性校正都是在单片机控制下完成的。 211 V F型模数转换 在本系统中,采用集成芯片V FC320实现模数转换,V F320为精密电压 频率转换器,当选择10kH z满度输出时(输入电压范围:0～10V),线性度可达01005%。由于是频率输出,运用锁相倍频电路来提高分辨率,在设计中,倍频系数取20,因此锁相环电路输出的频率范围是0～200kH z。 频率的测量由单片机的内部计数器T0完成,其计数闸门时间为0125S,闸门脉冲由时基电路产生,并通过外中断I N T0对计数器实施控制。T0为16位计数器,计数范围是0～65535,对于满度为200kH z的频率输入,在闸门时间内的计数值为50000,根据T0的计数值,经线性校正、数字滤波、归一运算后,便可得到测量结果。 对于单片机A T89C51,当时钟振荡频率为12M H z时,T0的最大输入频率为500kH z。如果在给定的闸门时间内计数脉冲数超过65535,可利用 ? 4 5 ?工业仪表与自动化装置 1999年第1期