鄺耀強(qiáng)

（廣東省臺(tái)山市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測所，廣東江門，529200）

0　引言

電子秤主要是將傳感器技術(shù)、信息處理技術(shù)以及電子技術(shù)三者融為一體，所形成的一種新型的質(zhì)量計(jì)量設(shè)備，與傳統(tǒng)的機(jī)械城相比較，電子秤質(zhì)量較小，便于移動(dòng)、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便。在生產(chǎn)生活中實(shí)用性比較強(qiáng)。電子秤被廣泛的應(yīng)用到科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、內(nèi)外貿(mào)易等領(lǐng)域。已經(jīng)成為生活中必不可少的質(zhì)量計(jì)量工具。電子秤的發(fā)展經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由粗糙到精密、由單一功能到多功能的過程。尤其是進(jìn)幾年、工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料的定量、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等都離不開電子秤。所以，智能化的電子秤設(shè)計(jì)，將直接影響各個(gè)行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展水平，進(jìn)一步提高社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。

1　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要以單片機(jī)為核心，由控制器、傳感器、數(shù)據(jù)顯示器、鍵盤以及電路電源共同組成，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。該電子秤工作原理在于：利用稱重傳感器對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行檢測，在接收到微弱的電信號(hào)之后，對(duì)電路進(jìn)行處理，將處理后的信號(hào)傳遞到單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，控制器會(huì)對(duì)數(shù)字量進(jìn)行接收，通過運(yùn)算，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)體的重量信號(hào)在屏幕上進(jìn)行顯示。

1.1　控制器設(shè)計(jì)

電子秤控制器主要使用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過單片機(jī)能夠?qū)y量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密融合，構(gòu)成全新的軟件程序，以這種軟件程序來替代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。由于系統(tǒng)要求并不是很高，所以選用A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)，這種智能化的儀表在測量中對(duì)數(shù)據(jù)的處理能夠呈現(xiàn)多樣化，并且應(yīng)用程序能夠直接存到存儲(chǔ)片內(nèi)，無需另外安置擴(kuò)展存儲(chǔ)器，對(duì)電路的設(shè)計(jì)大大簡化。

圖1　系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

1.2　傳感器設(shè)計(jì)

傳感器功能主要在于對(duì)數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)電路的處理，在電子稱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，傳感器是飛中重要的元件，對(duì)傳感器的選擇必須注意參數(shù)與量程，并且不能忽視電路設(shè)計(jì)的難度以及性價(jià)比。需要根據(jù)電子秤的最大稱量值、傳感器的個(gè)數(shù)以及稱體的自重來綜合性的對(duì)傳感器的量程進(jìn)行選擇。為了電子秤稱量結(jié)果的精準(zhǔn)度，在實(shí)際工作中，要確保傳感器的有效量程在20%-80%之間，對(duì)重量稱量的誤差要控制在0.01Kg以內(nèi)。根據(jù)綜合要求，本次選用SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器，該傳感器由S型梁結(jié)構(gòu)以及金屬箔式應(yīng)變計(jì)構(gòu)成，不會(huì)受到溫度的影響，相對(duì)來講，該傳感器的測量精度比較高，穩(wěn)定性比較優(yōu)越?？梢杂糜诟鞣N結(jié)構(gòu)的電子秤儀表中。

1.3　電源電路設(shè)計(jì)

電子成系統(tǒng)的各功能模塊均采用5V電壓進(jìn)行供電，通過獨(dú)立電源供電的方式來確保電源的穩(wěn)定性。此次設(shè)計(jì)選用9V高能電池，該電池使用周期長，儲(chǔ)存量大，通過LM7805穩(wěn)壓器件來確保輸出電壓為5V。在電源的接口上安裝LED指示燈，通過指示燈的工作狀態(tài)來確定電源工作的穩(wěn)定性。

圖2　系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

當(dāng)LED指示燈亮，說明電源工作正常，指示燈滅，說明工作不穩(wěn)定。圖中電阻R為1KΩ，防止LED指示燈被燒壞。

1.4　液晶顯示模塊設(shè)計(jì)

液晶顯示模塊主要將稱重?cái)?shù)據(jù)顯示出來，在單片機(jī)智能稱重系統(tǒng)中，選用LCD1602液晶顯示模塊，該模塊運(yùn)行穩(wěn)定，功耗低。顯示容量在16×2個(gè)字符，電壓在4.5-5.5V之間，工作電流控制在2.0MA。LCD1602運(yùn)用比較方便通過電位器來調(diào)節(jié)字符顯示的亮度。

1.5　鍵盤電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)鍵盤部分由S1-S16組成，以4×4矩陣的形式構(gòu)成，其功能依次代表0-9之間的數(shù)字，時(shí)間顯示按鍵、分鐘設(shè)置按鍵、切換按鍵、去皮、清零、計(jì)算按鍵等。通過這些按鍵可以稱出物體的重量，計(jì)算出物品價(jià)錢。

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)電子秤的軟件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，軟件系統(tǒng)由主程序與子程序共同組成，在系統(tǒng)子程序中包括毫秒級(jí)延時(shí)子函數(shù)、軟件濾波子程序以及LED顯示子函數(shù)。在單片機(jī)通電之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行初始化。在系統(tǒng)運(yùn)行中，會(huì)調(diào)用各種函數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)定義以及調(diào)零，通過LCD子函數(shù)來對(duì)數(shù)據(jù)傳送的地址進(jìn)行顯示。

在軟件系統(tǒng)中，壓力傳感器比較容易受到外界因素的影響，許多外在條件都會(huì)影響其測量精度，在設(shè)計(jì)時(shí)需要避免造成誤差的原因，將采集到的數(shù)據(jù)以10個(gè)為單位進(jìn)行疊加，計(jì)算出平均值，將每次得到的數(shù)據(jù)替換已有的數(shù)據(jù)，對(duì)平均值進(jìn)行重新計(jì)算，最終得到顯示到真實(shí)值。

3　系統(tǒng)測試

測試環(huán)節(jié)是系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，能夠證明系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在對(duì)基于單片機(jī)電子秤進(jìn)行測試時(shí)，需要一組標(biāo)準(zhǔn)砝碼作為基準(zhǔn)，依次增加砝碼的質(zhì)量，確保砝碼的重心在測試區(qū)的中心位置。屏幕上的顯示數(shù)值穩(wěn)定之后，對(duì)顯示值進(jìn)行記錄。經(jīng)過多次測量并對(duì)數(shù)值進(jìn)行記錄，砝碼由輕到重連續(xù)增加。為了避免對(duì)傳感器造成誤差，需要確保電子秤水平方向必須牢固。

4　結(jié)束語

通過傳感器技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)所設(shè)計(jì)的電子秤，具有重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的測試，該質(zhì)量測量設(shè)備具有較高的可靠性、抗干擾能力強(qiáng)，可以在實(shí)驗(yàn)室、貿(mào)易市場以及家中使用，實(shí)際推廣價(jià)值較高。