孫娜 遼寧工程職業(yè)學院，遼寧 鐵嶺 112000

基于單片機的便攜式電子秤的設計

孫娜 遼寧工程職業(yè)學院，遼寧 鐵嶺 112000

本文設計了一種基于單片機AT89C52的便攜式電子秤，闡述了便攜式電子秤的工作原理，重點介紹了便攜式電子秤的硬件電路設計及軟件設計流程。經(jīng)測試，電子秤的各項性能均優(yōu)于國家標準規(guī)定的二級秤的指標。

電子秤；設計；單片機

Electronic scale；design；MCU

引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電氣行業(yè)現(xiàn)代化程度的不斷提高，生活中的電子產(chǎn)品也越來越多。電子秤是生產(chǎn)生活中常用的稱量裝置，其應用簡單方便、體積小、稱量速度快，被廣泛地應用于商業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務業(yè)等各個部門。筆者設計一種以Atmel公司的單片機AT89C52為核心，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換器的高精度便攜式電子秤，其最大量程為51kg，分度值為5g，檢定分度數(shù)為51000/5=10200，達到了國家標準規(guī)定的二級秤指標。

1 便攜式電子秤的工作原理

便攜式電子秤以單片機AT89C52為信息處理核心，外圍電路主要有電源模塊、信號采集模塊、信號放大積分模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、鍵盤及顯示輸出模塊、電壓報警模塊等部分組成，其原理圖如圖1所示。電源電路為系統(tǒng)提供+5V直流穩(wěn)壓電源。當被稱重物體放于秤盤（壓力傳感器）上時，傳感器產(chǎn)生與被測物體相對應的電壓信號，信號經(jīng)放大電路放大，積分電路初步數(shù)字化之后單片機接收，單片機再進行數(shù)字濾波、處理輸出給LCD，顯示被稱物體的質(zhì)量，完成稱重功能。同時還可以通過鍵盤操作，實現(xiàn)秤初期制作時的標定及使用中背光等不同功能的選擇。電子秤還具有電源監(jiān)測功能，可以完成低電壓報警。

圖1 便攜式電子秤系統(tǒng)原理圖

2 便攜式電子秤的硬件電路設計

電子秤的硬件電路設計以AT89C52為核心，設計完成各功能的外圍電路，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，功能齊全。

2.1 傳感器電路工作原理

秤盤只是一種為了支撐被稱重物體而設計的支架，重點部件壓力傳感器安裝于此部分。壓力傳感器即為能感受壓力并將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。本產(chǎn)品設計中選用電阻應變片壓力傳感器，金屬電阻應變片選金屬箔應變片。將應變片通過特殊的黏合劑緊密的黏合在產(chǎn)生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，由于金屬導體電阻的公式為R=ρL/S,只要應變片的長度或橫截面積改變，則應變片的阻值就會發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電信號發(fā)生變化。假如金屬受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出由于受力而產(chǎn)生的電阻變化，即可獲得變化的電信號。

2.2 信號放大積分電路設計

信號放大電路選用工作狀態(tài)穩(wěn)定，價格合理的OP07，該芯片是一種低噪聲的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于放大傳感器的微弱信號。150μV的超低偏移， 1.8nA的低輸入偏置電流，0.5μV/℃的低失調(diào)電壓漂移，這些優(yōu)點足以說明OP07做傳感器的放大電路極其適合，甚至優(yōu)于16位或24位的A/D轉(zhuǎn)換器。放大電路如圖2所示。

圖2 信號放大電路

圖3 信號數(shù)字化電路

模擬信號運放電路放大后，還需要進行數(shù)字化處理，本設計沒有直接選用A/D轉(zhuǎn)換芯片，而是選用了LM324比較器，如圖3所示。利用比較器的數(shù)字化功能，既能將信號數(shù)字化處理，同時又消除了噪聲，將微弱信號或噪聲信號直接過濾掉，增加了信號的可靠性。到此信號的硬件采集處理已完畢，再將信號輸入單片機的輸入引腳，實現(xiàn)軟件的信號采集。

2.3 LCD顯示電路設計

為了使用方便，顯示效果明了設計中選用點陣式LCD，驅(qū)動芯片選用128點的HT1621，其讀、寫、片選引腳均由單片機控制，信號采集處理計算后，結(jié)果經(jīng)LCD輸出顯示。

2.4 電源監(jiān)測電路設計

由于本產(chǎn)品為便攜式產(chǎn)品，所以提供AC220V及9V電池兩種供電方式，選用電池供電方式，就涉及電池電量低提前報警的功能，特設計電源監(jiān)測電路，設置電源電壓報警點，結(jié)合軟件實現(xiàn)當電池電量低于7.5V時，發(fā)出提示信號，顯示在LCD屏幕上，提醒用戶更換電池，當電池電量達到6.5V時，再次發(fā)出電源報警信號，并提示用戶關(guān)機斷電，拆下電池。硬件電路中利用兩級電壓比較來實現(xiàn)，電路如圖4所示。

圖4 電源監(jiān)測電路

3 便攜式電子秤的軟件設計

便攜式電子秤的軟件設計主要包括系統(tǒng)初始化子程序、功能鍵處理子程序、秤標定校準子程序、數(shù)據(jù)采集處理子程序、顯示子程序、電源信號報警子程序等。便攜式電子秤的主程序框圖如圖5所示，系統(tǒng)首先完成傳感器信號的實時采集，進行濾波處理，然后保存于單片機內(nèi)部的各種判別程序處理，最終獲得稱重結(jié)果，經(jīng)過LCD輸出顯示。

圖5 電子秤主程序流程圖

4 結(jié)語

筆者以ATMEL公司的AT89C52為核心，設計了一種經(jīng)濟實用的便攜式電子秤。按照國家標準《非自動秤通用檢定規(guī)程JJG555-1996》的要求，利用M1級的檢定砝碼，對本電子秤的線性度誤差、四角偏載誤差、零點誤差等進行檢定，結(jié)果如表1：

表1 便攜式電子秤部分測試結(jié)果

檢定結(jié)果表明，該便攜式電子秤的各項技術(shù)指標均滿足國家標準所規(guī)定的二級秤指標。

[1]魏小龍.MSP430系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設計實例[M].北京航空航天大學出版社, 2002

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Portable Electronic Scale Based on Single Chip Microcomputer Design

Sun Na Liaoning Engineering Vocational College，Tieling 112000

The article introduces the portable electronic scale based on AT89C52 microcontroller, expounds the working principle of portable electronic scales, especially the design of hardware circuit and software design process. After testing, electronic scale properties are over Grade Two (national standard).

TM02

B

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.046

孫娜，女，1976年生人，遼寧鐵嶺人，電氣自動化技術(shù)教研室主任，講師，工程師，遼寧工業(yè)大學工業(yè)自動化專業(yè)畢業(yè)，遼寧工程職業(yè)學院工作。聯(lián)系地址：遼寧省鐵嶺市凡河新區(qū)遼寧工程職業(yè)學院電子工程系。