設計了基于虛擬儀器技術(shù)的新型電子秤測試系統。該系統采用虛擬儀器語(yǔ)言LabVIEW 語(yǔ)言設計，能夠實(shí)現對物體重量的精密測量并能實(shí)現測試數據的自動(dòng)采集、保存、處理。該電子秤的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，精密精確，經(jīng)曲線(xiàn)擬合后能夠獲得理想與實(shí)際關(guān)系曲線(xiàn)，并具有超限報警功能。

0.引言

虛擬儀器技術(shù)是計算機技術(shù)和測試技術(shù)共同孕 育和發(fā)展的產(chǎn)物，它是充分利用計算機的軟、硬件資 源，借助一定的模塊化功能插卡和軟件模塊來(lái)完成 傳統電測功能的一類(lèi)全新概念的智能化儀器系統， 該系統是以計算機作為儀器統一的硬件平臺，充分 利用計算機獨具的運算、存儲、調用、顯示以及文件 管理等功能，同時(shí)把傳統儀器的專(zhuān)業(yè)化功能和面板 控件軟件化，使之與計算機結合起來(lái)融為一體，這樣 便構成了 一臺從外觀(guān)到功能都完全與傳統硬件儀器 相同，同時(shí)又充分利用計算機智能資源的全新的儀器 系統。該研究就是利用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)醫用虛擬 電子秤，其測量精度為0.05 g，測量范圍是0-500 g。

1.電子秤系統設計

該電子枰是基于應變效應設計的，即通過(guò)貼在 懸臂梁上全橋應變式電阻傳感器測重，應變電橋輸出毫伏級電壓信號，經(jīng)差動(dòng)放大后，通過(guò)數據采集系 統采集數據后輸人計算機，運用LabVIEW程序進(jìn)行 數據計算顯示和曲線(xiàn)擬合。該電子秤還設有超值報 警功能。測量系統按照信號流程主要分為以下4部 分:1)稱(chēng)重傳感器以及輸出電壓信號;2)差動(dòng)電壓 放大部分;3)數據采集系統;4)數據處理和顯示部 分(含超值報警），如圖1所示。

2.電子秤結構設計

電子枰結構設計基于懸臂梁設計，將4只高精 度FB型應變片（阻值350Ω)組成全橋方式，上下 表面各貼2片，如圖2所示。當托盤(pán)上的物體作用 于懸臂梁（鋁質(zhì)）的末端時(shí)，懸臂梁發(fā)生微小彎曲， 其上表面產(chǎn)生拉應變，下表面產(chǎn)生壓應變，上下表面 的應變大小相等符號相反，粘貼在上下表面的應變 片也隨之拉伸和縮短，所以能夠得到正負相間的電 阻值的變化。

3.測量轉換電路

電阻應變式稱(chēng)重傳感器包括2個(gè)主要部分，一 個(gè)是彈性敏感元件懸臂梁，利用它將被測的重量轉 換為彈性體的應變值;另一個(gè)是電阻應變片，它作為 傳感元件將彈性體的應變，同步地轉換為電阻值的 變化。電阻變化量很小，用一般測量電阻的儀表很 難測出，必須采用一定形式的測量電路將微小的電 阻變化率轉變成電壓或電流的變化，才能用二次儀 表顯示出來(lái)。測量轉換電路如圖3所示。R1、R2、 R3、R4是應變片是限流電阻是電橋調零電 阻。應變全橋輸出電壓：

4.數據采集系統

數據采集是電子秤設計的重點(diǎn)。其硬件基礎是 基于PC機和內置其PCI插槽中的高性能數據采集 卡 PCI-6204E。PCI-6204E 是美國 NI 公司 E 系 列12位精度數據采集卡，最高采樣速率為200 X103 次/秒，它能完成信號采集和轉換（A/D)，數字信號 的模擬輸出（D/A)，以及定時(shí)/計數功能，共有16個(gè) 模擬量輸人通道，8位數字輸人輸出端口，個(gè)24位 計數器（用于計數和定時(shí)功能），信號調理器采用的 是 NI 公司的 SCXI( Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation)系列，主要由信號調理機箱SCXI - 1000DC，信號調理模塊SCXI - 1520和前端接口模 塊SCXI-1314構成。其連接方式如圖4所示。由 于應變全橋輸出毫伏級電壓，其中還包含靜電和電 磁耦合等共模干擾，而SCXI -1520具有很高的共模 抑制比以及高增益、低噪聲和高輸人阻抗，而且防止 形成零點(diǎn)漂移現象。它是NI公司的8通道信號調 理模塊，提供電流激勵、濾波與放大、應變組橋等功 能，可以連接熱電阻應變計和直流電壓信號等。前 端接口模塊SCXI - 1314是SCXI -1520信號的前端 接口 。

5.軟件系統設計

軟件系統設計主要基于LabVffiW語(yǔ)言進(jìn)行編 程實(shí)現。該系統采用了模塊化子程序設計方案。優(yōu) 點(diǎn)是:無(wú)論是硬件還是軟件，每一模塊都相對獨立， 獨立地進(jìn)行設計、研制、調試和修改，從而使復雜的 工作得以簡(jiǎn)化。各種軟、更件模塊的調試完成后，再 將它們按照要求連接起來(lái)，從而實(shí)現數據采集、傳 輸、處理和輸出等功能。該系統子程序有:數據采集 子程序、曲線(xiàn)擬合子程序、數據處理子程序、顯示子 程序及超限報警子程序等。程序設計流程如圖 5所示。

6.結論

該醫用電子秤設計完成后，通過(guò)增加不同重量的 砝碼來(lái)校準，同時(shí)通過(guò)曲線(xiàn)擬合顯示不同砝碼重量和 實(shí)際測量重量的差值，測量對比曲線(xiàn)如圖6所示。結 果表明，該醫用電子秤不僅能夠實(shí)現對物體重量的精 密測量，并能實(shí)現測試數據的自動(dòng)采集、保存、處理， 而且結構簡(jiǎn)單，測量準確，測量精度高，誤差可以控制 在0.05 g，完全可以滿(mǎn)足醫院稱(chēng)量中藥制劑所用。