基于单片机的电子秤设计

第37卷第3期收稿日期：2010-04-02作者简介：吴祖安（1975-），男，江西抚州人，硕士研究生，主要从事嵌入式系统技术的开发与研究。

摘要：基于单片机的电子秤系统采用单片机AT89C51作为核心控制器，外围附以称重传感器、V/F 转换电路、键盘、LED 显示电路等构成智能称重器，从而实现自动秤重系统的各种控制功能。

关键词：单片机；称重传感器；V/F 转换器中图分类号：TH715.1+4文献标识码：A 文章编号：1007-8320（2010）03-0039-02Design of digital electronic weigher Based on MCUWU Zu-an ，ZHU Zhao-you（School of Information and Electronic Engineering ，East China Institute of Technology ，Fuzhou of Jiangxi Province ，344000，China ）Abstract ：T his system is mainly controlled by the microcomputer AT89C51，the periphery is consists of weighing sensor ，V/F converter ，the circuit of display and print ，all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight ．It can achieve all function of apparatus ．The paper introduces total scheme and hardware design of the system in detail ．Key words ：single-chip microcomputer ，weighing sensor ，V/F converter基于单片机的电子秤设计吴祖安，朱兆优（东华理工大学信息与电子工程系，江西抚州344000）张向利：户县拖拉机及驾驶员年度检审现状及对策湖南农机HUNAN AGRICULTURAL MACHINERY第37卷第2期·学术Vol.37No.22010年3月ar.20103No.35M ay.2010多年来，居民使用的秤基本是杆秤和弹簧盘秤。

弹簧的疲劳问题无法彻底解决，一旦超过弹簧弹性限度，弹簧秤就会产生很大误差，影响到称重的准确性和可靠性，被列入逐渐取消的行列。

人们一直期待测量准确、价格低廉的电子秤投放市场。

目前，由称重传感器制作的电子秤衡器类产品已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量。

基于电子秤的现状，本设计拟研究一种用单片机控制的电子秤设计方案，这种电子秤经济性、稳定性好，集质量称量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系统设计方案1.1基本设计思路当物体放在秤盘上时，物体产生的压力施给传感器，该传感器发生形变，使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，传感器输出一个变化的模拟信号。

该信号经放大电路放大输出到电压-频率转换电路转换成便于处理的数字信号输出到微处理器，单片机根据键盘命令将这种结果输出到LED 显示电路，显示出要显示的结果。

如图1所示。

1.2基本实现方法传感器输出的模拟信号被放大整形后由运算放大器LM324组成的V/F 转换电路完成电压-频率转换，再经单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量。

单片机控制适合于功能比较简单的控制系统，算术运算功能强、技术成熟。

因此，选用单片机AT89C51来实现系统设计。

AT89C51在整个电路中是核心部件，由软件通过编程在P3.0脚产生复位脉冲输出到开关管s8050控制LM324运算放大器完成对输入信号电压的V/F 转换，转换后的脉冲宽度由单片机的内部计数器实现计数，内部一系列数据的处理都是通过软件完成。

1.3电子秤主要技术指标称量范围0～40kg ；分度值0.02kg ；精度等级Ⅲ级；电源DC5V （可220V 供电）。

主要功能有自检、去皮、计价、累计、单价设定、计量单位选择、过载报警和弱电压指示等。

2硬件电路设计2.1数据采集电路用电阻应变式传感器作为数据采集电路的核心来完成对被测物质量的测量，采用OP07cp 运算放大电路来对传感器输出的微弱模拟信号进行放大，后级用LM324运算放大器对放大的电信号进行V/F 转换，以此完成数据采集。

图1电子秤设计的基本思路压力传感器信号放大V/F 转换键盘电路单片机AT89CS51显示电路LED湖南农机2010年5月（1）电阻应变式传感器的组成原理。

称重传感器是根据力-电转换的工作原理而工作的，最常用的是电阻式称重传感器。

电阻应变式传感器就是将被测物的质量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的电桥电路转换为被测物质量值相对应的电压信号。

电阻应变式传感器由感压装置、电阻应变片和惠更斯电桥电路三部分组成。

其原理如图2所示。

图2电阻应变式传感器原理图R1R2R3R4U1UO图中R1、R2、R3、R4分别为四条桥臂的应变电阻，U I 的为电桥的激励电压+5V ，U O 为输出电压，可得：U O =R 1R 3-R 2R 4·U i（2）信号放大与调理电路。

本设计中电阻应变式传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过高精度低漂移运算放大器OP07cp 放大传感器输出的微弱电压信号，以满足V/F 转换电路对输入信号电平的要求。

整个电路上下对称R1=R2，而电容C 和R3组成低通滤波器允许传感器输出的低频信号通过而将高频干扰信号衰减。

（3）复位式V/F 转换电路。

电路由积分器和比较器，自动复位开关电路组成。

积分器和比较器都是由LM324运算放大器完成，自动复位开关s8050的复位脉冲由单片机通过编程产生。

下图中通过软件编程在P3.0脚产生复位脉冲，当电源接通后由于电容C 上电压为零，即uc=0，P3.0脚产生低电平，三极管s8050开路，积分器对OP07cp 的输出电压uI 积分，uc 逐渐增大，uc 超过基准电压u+时，P3.2脚的电压将从高电平跃变为低电平，单片机停止计数；一旦此时有物体放在秤盘上时，作为基准电压的称重传感器输出电压u+就会超过uc ，P3.2脚的电压将从低电平跃变为高电平，单片机启动计数器计数，同时经过延时P3.0输出高电平导致s8050导通接地，电容C 迅速放电至零；重复上述过程，实现V/F 转换。

其电路原理如图3所示。

图3复位式V/F转换电路原理图2.2人机接口电路电路包括6×4键盘电路，主要功能是通过键盘完成质量称量过程中的去皮、计价、累计、单价设定、计量单位选择、价格计算等功能；显示单元由74HC164和TDA62003两块芯片控制和驱动三组LED 数码管动态实时地显示被测物的质量、单价、总计。

三组LED 数码管由74HC164和TDA62003两块芯片控制和驱动。

TDA62003芯片控制每组数码管一位一位地轮流点亮，74HC164芯片控制每组数码管的段选码点亮，数码管的笔形码为：0xFE ，0x0E ，0xB7，0x9F ，0x4F ，0xDD ，0xFD ，0x8E ，0xFF ，0xDF 对应为：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。

3软件电路的设计3.1电子秤的标定方法通过大量的计算与实际测量，用标准的重量砝码加载至称重传感器的受载端，读取AT89C51的T0计数值，并记录下对应的标准砝码质量，标定过程中采用往复多次测量方法消除测量过程中的人为误差。

在对数据进行拟合过程中，将砝码质量作为纵坐标y ，单片机AT89C51的T0计数值平均值作为横坐标x ，进行线性拟合，可得标度呈明显的线性关系：y=3.4+23x 。

3.2程序设计（1）主程序。

程序控制单片机系统按预定的操作方式运行，系统上电后，对系统进行初始化。

初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器的设定，单片机工作方式及各端口的工作状态的规定。

系统初始化之后，进行欠电检测、计数器读取、数据处理、按键扫描与处理、数据显示等工作。

主程序流程图如图4所示。

图4主程序流程图开机系统初始化调用显示程序测物重V/F 转换数据处理调用键盘处理程序（2）数据采集子程序。

数据采集的核心是电压－频率转换电路，LM324比较器输出信号的获取通过AT89C51单片机的内部计数器实现。

利用TR0=1，GATE=1，计数器是否计数，将受到ITN 0电平的控制：ITN 0=1，即高电平时，启动计数；ITN 0=0，即低电平时，则停止计数并读出TH0，TL0的值保存，这样可方便地测出外输入ITN 0的高电平脉冲的宽度。

（3）键盘检测模块子程序。

电路采用6×4键盘采用反转法扫描编码，首先将列线P1.2～P1.7作为输出线，行线P0.0～P0.3作为输入线，置输出线全部为0，此时行线中呈低电平0的为按键所在行，如果全部都不是0，则没有按键按下；然后反过来，即将行线作为输出线，列线作为输入线，置输出线全部为0，此时列线呈低电平的为按键所在的列，这样就可以确定按键的位置。

键盘处理子程序流程图（下转第57页）40第37卷第3期如图5所示。

图5键盘处理子程序流程图4结语在调试程序过程中，源程序的编辑在PC 机上进行，各程序模块都调试通过后，再将它们组合起来进行系统统调。

调试过程只有当硬件调试和软件调试完成以后，再进行系统综合调试。

在Keil uvision2环境下各程序模块都能通过调试，达到了设计要求。

参考文献［1］陆伯勤.电子称重技术和自动称重系统的进展［J ］.自动化博览，1999，（1）.［2］阎石.数字电子技术基础［M ］.北京：高等教育出版社，1995.［3］马明建.数据采集与处理技术［M ］.西安:西安交通大学出版社，2000.［4］杨文龙.单片机原理及应用［M ］.西安:西安电子科技大学出版社，1998.［5］刘伯中，刘景霞.高精度智能电子分析天平［J ］.仪器仪表学报，1989，（2）.［6］李朝青.单片机原理及接口技术［M ］.北京：北京航空航天大学出版社，1999.家电销售店备案承担家电下乡销售任务；二是组织对全县财政所具体操作人员及79家家电下乡销售网点的操作人员进行系统的程序培训；三是通过广播、电视等媒体，就家电下乡相关知识进行全方位宣传。

4调研小结及思考（1）农村市场决不是低端产品的倾销地、也不是城市滞销产品的归属地。

农村市场是不是家电行业分享利润的最后一站谁也无法说清，但农村是家电行业利润增长最快的一片市场是无需置疑的。