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，我們在電路中必要的端口增加了二階無源低通 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。