吳楠++彭森

摘 要：本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的稱(chēng)重儀，它的硬件電路設(shè)計(jì)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、稱(chēng)重傳感器、語(yǔ)音電路、LED顯示電路、±5V穩(wěn)壓電源電路等幾部分設(shè)計(jì)內(nèi)容。其中壓力傳感器輸出響應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D變換）后就得到數(shù)字量D。 但是，數(shù)字量D并不是重物的實(shí)際重量值W，W 需要由數(shù)字量D在控制器內(nèi)部經(jīng)過(guò)一系列的運(yùn)算——即數(shù)據(jù)處理才能得到。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)由Atmel公司生產(chǎn)51系列89S51單片機(jī)進(jìn)行控制；軟件實(shí)現(xiàn)功能開(kāi)機(jī)檢測(cè)，主要是開(kāi)機(jī)后自動(dòng)逐個(gè)掃描LED數(shù)碼管，以防止某段數(shù)碼管損壞造成視覺(jué)誤差；出于人性化考慮我們還可以增加語(yǔ)音電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)重量。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；稱(chēng)重儀；A/D轉(zhuǎn)換器

1 引言

隨著自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的稱(chēng)重系統(tǒng)在功能、精度、性?xún)r(jià)比等方面已難以滿(mǎn)足人們的需要，尤其在智能化、便捷式、對(duì)微小質(zhì)量的測(cè)量方面更顯得力不從心。筆者采用以AT89S51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合高敏度的電阻式應(yīng)變式壓力傳感器和高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)稱(chēng)重系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及軟件、硬件。實(shí)現(xiàn)物體質(zhì)量、控制及顯示報(bào)告的電氣化與智能化。

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和環(huán)境中干擾源是各種各樣的，如噪音干擾、工頻干擾等，抗工頻干擾能力成為衡量電子衡器性能的重要指標(biāo)。為了具備這一性能，市場(chǎng)上的電子衡器的電路普遍較復(fù)雜，相對(duì)地，成本也較高。而本產(chǎn)品電路簡(jiǎn)單，成本低，抗工頻干擾強(qiáng)，具有很好的推廣價(jià)值。

2 工作原理

電子秤的工作原理以電子元件：稱(chēng)重傳感器，放大電路，AD轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)電路，顯示電路，通訊接口電路，穩(wěn)壓電源電路等電路組成。當(dāng)物體放在秤盤(pán)上時(shí)，壓力施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時(shí)使用激勵(lì)電壓發(fā)生變化，輸出一個(gè)變化的模擬信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號(hào)輸出到CPU運(yùn)算控制。CPU根據(jù)程序?qū)⑦@種結(jié)果輸出到顯示器，直至顯示這種結(jié)果。

3 電源電路

本時(shí)鐘電源采用整流濾波電路和三端穩(wěn)壓電路LM7805和LM7905。LM7805CT芯片輸入端電壓約為9V，輸出端電壓為5V，LM7905芯片輸入端電壓約為-9V，輸出端電壓為-5V，輸入端和輸出端的壓差絕對(duì)值都應(yīng)大于2.5V ，否則會(huì)失去穩(wěn)壓能力。同時(shí)考慮到功耗問(wèn)題，此壓差又不易太大，太大則增加7805與7905本身的功率消耗，增加芯片的升溫，不利于安全。根據(jù)變壓器副邊電壓與經(jīng)過(guò)濾波后輸出電壓關(guān)系可知，副邊電壓約為±9V，據(jù)此確定變壓器原副邊匝數(shù)比這樣即可得到系統(tǒng)所需要的±5V電源，電源設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

4 前級(jí)放大器電路設(shè)計(jì)

稱(chēng)重傳感器輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)，所以對(duì)運(yùn)算放大器要求很高。 我們已考慮可以采用第三種方案。所采用的專(zhuān)用儀表放大器我們選用 INA126，其接口如圖2所示：

5 稱(chēng)重儀的系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)總體框圖如圖3所示。信號(hào)采集部分是利用稱(chēng)重傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鞑糠纸邮軄?lái)自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為物體的實(shí)際重量信號(hào)，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中。控制器還可以通過(guò)對(duì)擴(kuò)展I/O的控制，對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，而后通過(guò)鍵盤(pán)散轉(zhuǎn)程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能。電路電源部分主要是為電路提供穩(wěn)定方便的電源，將工頻電壓直接轉(zhuǎn)換成所需的±5伏電壓。報(bào)警部分只要是在超重時(shí)對(duì)使用者發(fā)出警告聲。

6 結(jié)論

此次系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為控制部件，稱(chēng)重儀模擬信號(hào)為輸入信號(hào) ，通過(guò)前級(jí)放大器，雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，把轉(zhuǎn)換后的BCD碼送入AT89C51中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后在數(shù)碼管上顯示.系統(tǒng)的精度基本達(dá)到了要求。由于實(shí)驗(yàn)室提供的電容精度不夠高，導(dǎo)致系統(tǒng)具有一定的浮動(dòng)誤差，若把放大模塊中的電容換成高精度的電容，系統(tǒng)的精度也必然會(huì)提高。 本次設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)主要有以下四點(diǎn)：稱(chēng)重范圍0～5KG、分度值0.01KG、精確度0.01KG、LED顯示。其中在實(shí)現(xiàn)電路功能中主要存在的問(wèn)題就似乎稱(chēng)重的分度值和精確度，涉及到信號(hào)護(hù)理、轉(zhuǎn)換和放大等許多方面。其外觀通過(guò)LED顯示所有數(shù)據(jù)結(jié)果。不足之處是：鍵盤(pán)輸入的價(jià)格方面存在一定的缺陷，更改價(jià)格比較繁瑣。鑒于這種情況可更改為16X16的矩陣鍵盤(pán)，這樣就可以解決這一問(wèn)題。從而達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的最終目的，既鍛煉了實(shí)際的動(dòng)手操作能力，同時(shí)達(dá)到了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的要求。

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作者簡(jiǎn)介

吳楠，邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生。

通訊作者（指導(dǎo)老師）

彭森，邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系教師。