電子秤具有稱重精確度高，簡單實(shí)用，攜帶方便，測量準(zhǔn)確，價(jià)格低等特點(diǎn)。本文所 設(shè)計(jì)的是由電阻應(yīng)變片式傳感器測量電路，儀表放大器，按鍵電路和顯示電路等組成的簡易電 子秤。最初由托盤中模擬待測物的砝碼因重力使橫臂發(fā)生形變，同時(shí)，應(yīng)變片傳感器隨之發(fā)生 形變產(chǎn)生電壓信號(hào)，儀表放大器對(duì)傳感器輸出的微弱的電壓模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以 滿足單片機(jī)對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，再經(jīng)過單片機(jī)控制譯碼顯示器從而顯示出被測物體的重量， 接著，通過按鍵電路可調(diào)節(jié)單價(jià)實(shí)現(xiàn)金額的計(jì)算、累加以及去皮等功能，最終由LCD顯示屏對(duì) 單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行顯示。

引言

隨著時(shí)代科技的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)稱重計(jì)量提出了 許多的新要求。電子稱重技術(shù)逐漸從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展，從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展，從單參數(shù)測 量向多參數(shù)測量發(fā)展。傳統(tǒng)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的稱重裝置逐 步被淘汰，而電子稱重裝置等稱重裝置以其準(zhǔn)確、快 速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞其中電子秤不但能精確稱出商品重量，還能去皮稱 重，累計(jì)所稱物品重量，輸入物品單價(jià)可快速的計(jì)算 出金額，由此，電子秤能夠完成許多工作，為人們節(jié) 省了時(shí)間也提高了效率。本設(shè)計(jì)就是基于單片機(jī)制作 這樣一種電子秤，將傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過放大后輸 入單片機(jī)再由各按鍵調(diào)整實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，最終由顯示 屏輸出顯示。

1.總體方案設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求

設(shè)計(jì)并制作一個(gè)以電阻應(yīng)變片為稱重傳感器的簡 易電子秤，電子秤的結(jié)構(gòu)如圖1所示。如圖所示，金 屬懸臂梁固定在支架上，支架高度不大于40cm，支架 及秤盤的形狀與材質(zhì)不限。懸臂梁上粘貼電阻應(yīng)變片 作為稱重傳感器。

(1)電子秤可以數(shù)字顯示被稱物體的重量，單 位克（g);

⑵電子秤稱重范圍5.00g?500g;重量小于 50g，稱重誤差小于0.5g;重量在50g及以上，稱重誤 差小于1g;

（3）電子秤可以設(shè)置單價(jià)（元/克），可計(jì)算物 品金額并實(shí)現(xiàn)金額累加；

（4）電子秤具有去皮功能，去皮范圍不超過100g。

1.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

2.模塊方案設(shè)計(jì)

2.1電阻應(yīng)變式傳感器的測量電路

應(yīng)變片是用粘結(jié)劑粘貼到被測件上的，這就要 求粘結(jié)劑形成的膠層必須準(zhǔn)確迅速地將被測件的應(yīng) 變傳遞到敏感柵上。選擇粘結(jié)劑時(shí)必須考慮應(yīng)變片 和被測件的材料性能，要求粘接力強(qiáng)，粘接后機(jī)械 性能可靠，電絕緣性良好等。常用的粘結(jié)劑類型有 硝化纖維素型，氰基丙烯酸型，聚酯樹脂型等。綜 合考慮經(jīng)濟(jì)性和目標(biāo)的硬性要求，我們采用了聚酯 樹脂型。

金屬絲的原始長度L，半徑r，受力F作用后長度 為L+AL，半徑為r-Ar，根據(jù)金屬絲的電阻計(jì)算公 式：R=PL/S，由R的全微分得到R的相對(duì)變化，表達(dá)式：

2.2電壓放大電路

由AD620AN集成儀表放大器結(jié)合TL072 (用作電壓跟隨器）對(duì)電橋測得的微弱電壓信號(hào)進(jìn)行放 大，如圖4。

2.3 LCD顯示電路

本次作品設(shè)計(jì)中我們使用了 LCD12864顯示屏作 為單片機(jī)的顯示電路。單片機(jī)的控制顯示步驟主要 為：首先對(duì)LCD進(jìn)行初始化，顯示顯示為手動(dòng)設(shè)置 界面，此時(shí)可通過上下左右四個(gè)方向?qū)蝺r(jià)及重量(軟件調(diào)試過程中）進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，同時(shí)輔以去皮 及累加功能，此時(shí)顯示屏上可顯示出單價(jià)、重量、 金額及累計(jì)金額（去皮及所累加的金額數(shù)為默認(rèn) 值，不予顯示）。

如圖5所示，采用LCD12864作為顯示電路，其 中R3電阻和10 R F的電容組成上電復(fù)位電路，對(duì)LCD 的點(diǎn)陣都初始化為0;圖中R2電位器是用來調(diào)節(jié)LCD 顯示對(duì)比度。RS、RW、EN、CS2、CS1為LCD的控制信號(hào)。

2.4軟件設(shè)計(jì)方案

采用MSP430系列單片機(jī)，其是一種16位RISC 架構(gòu)的混合型號(hào)處理器，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的 27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器 以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；其重要特 性有功耗低，處理能力強(qiáng)大，有高性能模擬技術(shù)及 豐富的片上外圍模塊，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，開發(fā)環(huán)境也 十分高效方便，操作也較為簡單。此次我們采用 MSP430F5438A，其有豐富的模擬信號(hào)采集口 (14個(gè))， 功能非常強(qiáng)大，完全能夠?qū)崿F(xiàn)本次課題的要求。

單片機(jī)通過使用ADC12采集口，采集電路輸出 電壓，再通過Matlab擬合稱重質(zhì)量與輸出電壓之間的 關(guān)系。具體的按鍵功能如圖6所示。

3.系統(tǒng)調(diào)試

3.1硬件調(diào)試

本設(shè)計(jì)中，電阻式應(yīng)變片傳感器輸出給電壓 放大器的電壓信號(hào)中，存在噪聲信號(hào)和高次諧波， 這將會(huì)導(dǎo)致后續(xù)電路中的電壓信號(hào)存在大量紋波分 量，若不加以必要的濾波處理，將會(huì)導(dǎo)致送給單 片機(jī)的信號(hào)極其不穩(wěn)定而無法測得最終的數(shù)據(jù)。因 此，我們?cè)陔娐分斜匾亩丝谠黾恿硕A無源低通 濾波。

3.2非線性矯正

由于本次設(shè)計(jì)小于50g時(shí)精度要求為0.5g，大于 50g的精度要求為lg，在50g的質(zhì)量范圍內(nèi)采集了 28 組較為密集的數(shù)據(jù)，對(duì)50g至500g的質(zhì)量范圍內(nèi)采集 了 45組數(shù)據(jù)。因采集的稱重質(zhì)量與輸出電壓并非線 性，所以我們進(jìn)行了非線性矯正，利用Matlab軟件進(jìn) 行分段擬合，使測量結(jié)果更接近實(shí)際值。

4系統(tǒng)功能測試、指標(biāo)參數(shù)

4.1稱重測試

稱重測試結(jié)果如表1所示：

4.2金額計(jì)算及累加測試

金額計(jì)算及累加測試結(jié)果如表2所示：

5.結(jié)語

通過本次簡易電子秤的設(shè)計(jì)，最后設(shè)計(jì)出的 作品基本能夠滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)初期，作品存在 紋波大的現(xiàn)象，造成該現(xiàn)象的原因主要是從電橋輸 出的微弱電壓中的高次諧波的存在，對(duì)此，我們先 后使用了一階無源低通和二階無源低通濾波電路對(duì) 每個(gè)放大端口進(jìn)行濾波處理，實(shí)驗(yàn)證明，二階濾波后，原先的輸出紋波由原先的二十幾毫伏降低到了 二點(diǎn)幾毫伏，紋波現(xiàn)象得到明顯改善。

此外，我們發(fā)現(xiàn)電橋輸出電壓與重物的質(zhì)量并 非成嚴(yán)格的線性關(guān)系，這一問題在調(diào)試初期困擾了 我們很久，之后我們認(rèn)識(shí)到了這一問題并將記錄的 數(shù)據(jù)導(dǎo)AMatlab軟件中進(jìn)行擬合，從而得到了兩者之 間近似滿足的線性關(guān)系的相關(guān)系數(shù)，使得最終的測 量結(jié)果更為精確。