唐保林

摘 要：電子秤在日用超市和零售行業(yè)運(yùn)用較為普遍，具有簡(jiǎn)單便攜的承重、計(jì)價(jià)和顯示功能，屬于電子衡器的概念范疇。本文重點(diǎn)討論了電子秤的工作原理和設(shè)計(jì)流程，包括對(duì)其中所運(yùn)用的計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)理論說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：電子秤；工作原理；設(shè)計(jì)流程

稱重器具自古以來(lái)就是與社會(huì)生活息息相關(guān)的實(shí)用性工具，從廣為熟知的杠桿秤砣到如今的智能電子秤，無(wú)論是測(cè)量精度還是人工操作上，都有了極大的優(yōu)化，這其中離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，同時(shí)也是科技改變生活的集中體現(xiàn)。

1 電子秤的基礎(chǔ)理論概述

電子秤的研究設(shè)計(jì)及應(yīng)用基于電子衡器理論誕生之后，我國(guó)的電子衡器的起源要追溯到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)主要采用的電子信息組件是稱重傳感器，在工業(yè)逐漸興起的時(shí)代契機(jī)下，各行各業(yè)都希望讓原本機(jī)械化的衡器操作逐漸向自動(dòng)化方向發(fā)展，以節(jié)省大量的人工成本，隨后電子衡器在實(shí)際交易過(guò)程中逐漸被精化細(xì)化，在設(shè)計(jì)過(guò)程中加入電子傳感器、單片機(jī)、轉(zhuǎn)換器、信息處理芯片等現(xiàn)代電子信息理論的內(nèi)容，直至現(xiàn)在市場(chǎng)上功能全面的電子秤的出現(xiàn)。

電子秤在結(jié)構(gòu)組成上主要分為3部分，其一是承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)；其二是稱重傳感器；其三是測(cè)量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測(cè)量裝置。通俗來(lái)講，承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)就是電子秤外觀上秤盤的部分，其主要功能是聯(lián)合轉(zhuǎn)換元件，對(duì)被稱物體進(jìn)行重力傳輸，具體配置有承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。稱重傳感器也是一種轉(zhuǎn)換元件，但是它是將非電量轉(zhuǎn)換成電量的過(guò)程，其中非電量就是秤盤上物體的重量，一般通過(guò)磁彈性效應(yīng)或壓電、壓阻效應(yīng)產(chǎn)生信號(hào)，送往下一部位進(jìn)行處理。最后的測(cè)量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測(cè)量裝置就是處理上一部位傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)的中樞機(jī)構(gòu)，往往是以電子線路的形式組成，利用的技術(shù)是微電子信息處理技術(shù)，進(jìn)行前置放大、過(guò)濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等功能。當(dāng)然，如今的電子秤越來(lái)越智能化，出現(xiàn)了去皮承重、金額累計(jì)和超限報(bào)警等功能，但其實(shí)質(zhì)上只是在原來(lái)基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)上增加了更為復(fù)雜的電子處理器后的效果。

2 電子秤的工作原理分析

從上述對(duì)電子秤基本理論的概述中，其實(shí)不難分析出其工作原理，電子秤在電子信息設(shè)備中，也是屬于工作原理較為簡(jiǎn)單的一種。我們通常在電子秤上放入被稱物體，被稱物體因?yàn)樽陨碇亓Ξa(chǎn)生秤盤所受的壓力，而秤盤及其周邊部件實(shí)際就是一個(gè)承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)，可以將壓力以儀表測(cè)量的方式轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，其基本原理是壓電、壓阻效應(yīng)，隨后就是通過(guò)前端信號(hào)處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大，信號(hào)放大的主要作用就是減少誤差，被放大的電壓信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路，這個(gè)電路的主要作用是將非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)整個(gè)電子系統(tǒng)的主控部件——單片機(jī)，單片機(jī)是具備數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算的獨(dú)立單元，可以將接收的信息編譯成驅(qū)動(dòng)程序的代碼，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、超限報(bào)警和自動(dòng)計(jì)價(jià)等諸多功能，這就是具有普適性的市場(chǎng)上電子秤內(nèi)部工作原理。

3 電子秤的設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)介

電子秤的設(shè)計(jì)流程細(xì)致地劃分有五步，第一步是總體方案的提出和設(shè)定，第二部是硬件選型，第三步是硬件設(shè)計(jì)，第四步是軟件設(shè)計(jì)，最后一步是系統(tǒng)調(diào)試。

總體方案的設(shè)定過(guò)程中，需要對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行清晰的功能定位，然后繪制系統(tǒng)工作的流程圖，一般同樣的功能有多種設(shè)計(jì)方法，最后根據(jù)可行性判斷來(lái)確定最適合的方案。筆者通過(guò)閱讀多種電子秤的設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)存在一定的共性，那就是所有方案中基本都會(huì)有數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)和數(shù)碼顯示這3部分。當(dāng)然，在此基礎(chǔ)上，部分方案中添加鍵盤輸入的設(shè)計(jì)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電子秤的計(jì)價(jià)功能，還有的方案中添加LCD顯示、鍵盤控制和超限報(bào)警等，也是為了實(shí)現(xiàn)不同的功能。筆者認(rèn)為，好的方案設(shè)計(jì)不在于功能多強(qiáng)大，而在于實(shí)際生產(chǎn)的低成本、實(shí)際操作的簡(jiǎn)便性和實(shí)際應(yīng)用的人性化，這樣生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品才會(huì)有用武之地，以至可以得到很好的推廣效果。

硬件選型是緊跟著方案設(shè)定的第二步，電子秤的主要硬件是單片機(jī)、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等，這些硬件的選擇一定要符合方案設(shè)定的要求，同時(shí)也要符合實(shí)際應(yīng)用的需要。比如單片機(jī)，相當(dāng)于電子秤的“大腦”，在選型上需重視不同型號(hào)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的難易程度，再比如傳感器，常見的選擇是電阻應(yīng)變式，原因是其成本比較低，具有很高的精度和很好的穩(wěn)定性，現(xiàn)有的工藝條件也能滿足，其他硬件的選擇也是類似這個(gè)道理。

硬件設(shè)計(jì)是在硬件選型完成的基礎(chǔ)上，對(duì)硬件與電路進(jìn)行搭建的過(guò)程。比如用典型的橋式電路搭配稱重傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)重力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的過(guò)程，接著在單片機(jī)之前搭配 A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入單片機(jī)控制電路。當(dāng)然，還有其他的鍵盤電路和顯示電路等。

電子秤的軟件設(shè)計(jì)是利用C語(yǔ)言代碼使整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化運(yùn)作的過(guò)程，具體的代碼較為復(fù)雜，且不同電子秤代碼都不一樣。我們姑且從設(shè)計(jì)思路上進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，首先是通電啟動(dòng)，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，接著放入被稱物品，如果有重量感應(yīng)即進(jìn)行下一步，反之繼續(xù)初始化，具有重量感應(yīng)的下一步是顯示重量，接著通過(guò)人工鍵盤輸入單價(jià)，隨后自動(dòng)進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算，顯示最后的總價(jià)。

最后的系統(tǒng)調(diào)試階段，是總結(jié)反饋和查漏補(bǔ)缺的過(guò)程，因?yàn)殡娮映拥脑砗驮O(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，所以一般在系統(tǒng)調(diào)試的時(shí)候，發(fā)生程序錯(cuò)誤的概率較小，往往設(shè)計(jì)者只是對(duì)外觀和反應(yīng)速度進(jìn)行觀察，當(dāng)然，如果發(fā)生程序錯(cuò)誤，還是得仔細(xì)分析原因，尋求改正。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，電子秤逐漸從市場(chǎng)交易工具向家居用品行業(yè)發(fā)展，比如很多減肥者經(jīng)常使用的微型體重秤，其實(shí)質(zhì)上是電子秤在量程、外觀和智能化方向上的改進(jìn)，這也是電子科技高速發(fā)展的體現(xiàn)，同時(shí)也預(yù)示著電子秤技術(shù)的應(yīng)用范圍是開放的，有很多研究創(chuàng)新的潛力，值得廣大專業(yè)人士踴躍嘗試。

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（作者單位：長(zhǎng)江大學(xué)電信學(xué)院）