主要提出一種簡(jiǎn)單實(shí)用并且改進(jìn)的高精度的電子秤設計方案，使測量精度得到大大提高。改進(jìn)的設計采用 STC89C51RC單片機作為微控制器的電子秤,采用高精度的16位AD轉換芯片AD770506。介紹了系統的整體設計方案、稱(chēng)重 傳感器信號采集系統設計。本設計壓力傳感器使用電阻應變片，它能將機械構件上應變的變化轉換為電阻變化。采用 STC89C51RC單片機作為控制核心,使用電阻應變片作為測量的裝置,使用16位高精度的A/D轉換芯片AD770506把模擬量轉 換成數字量，把數據傳輸給單片機,單片機在通過(guò)LCD1602顯示。設計電路集成度高、抗噪聲能力強、濾波效果顯著(zhù)，具有很好 的系統穩定性和測量準確性。

0.引言

稱(chēng)重技術(shù)自古以來(lái)就收到全世界各地區人們的重視。在 古代由于沒(méi)有完善的稱(chēng)重技術(shù),導致商品貿易進(jìn)行時(shí)沒(méi)有統 一的標準,在各行各業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程中也達不到一個(gè)固定 的精確度,從而制約了生產(chǎn)力的發(fā)展?，F在稱(chēng)重技術(shù)已經(jīng)成 為一種計算手段被廣泛應用于工業(yè)、衣業(yè)、交通、科研等各個(gè) 領(lǐng)域，與我們曰常生活緊密相連。

電子秤的發(fā)展經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復雜,有粗糙到精密，由機 械到機電結合、最后到全電子化，由單一功能到多功能的過(guò) 程。尤其是近30年以來(lái)，工藝流程中現場(chǎng)稱(chēng)重、配料定量稱(chēng) 重以及產(chǎn)品質(zhì)量的檢測等工作，都已離不開(kāi)電子秤。這是由 于電子秤不僅能給出質(zhì)量和重量的信號，而且也能作為總系 統中的一個(gè)檢測和控制單元,從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿易交往 的自動(dòng)化和合理化。

因此,稱(chēng)重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國都很重視。 在五十年代中期，電子技術(shù)被應用于推動(dòng)衡器制造業(yè)的發(fā)展。 六十年代初期出現機電結合電子衡器以來(lái)，到現在的四十五 十多年里，電子衡器有了很大的改變。最初，我國的電子衡器 以機電結合型為主,現如今已經(jīng)被權電子型和數字智能型的 衡器所取代。如今電子衡器制造技術(shù)及應用有了新的發(fā)展趨 勢。電子稱(chēng)重技術(shù)更注重動(dòng)態(tài)稱(chēng)重,而非靜態(tài)稱(chēng)重:計量方法 也趨向于數字測量,而非模擬測量;測量特點(diǎn)也是向多參數測 量發(fā)展,取代單參數測量?？焖俜Q(chēng)重和動(dòng)態(tài)稱(chēng)重更是成為研 究與應用的重點(diǎn)。通過(guò)分析近年來(lái)電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況 及國內外市場(chǎng)的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊 化、集成化、智能化;技術(shù)性能趨向是高速率、高準確度、高穩 定性、高可靠性;其功能趨向是稱(chēng)重計量的控制信息和非控制 信息并重的“智能化”功能；其應用性能趨向于綜合性和組 合型。

1.系統組成

1.1電子秤的基本結構

電子秤是利用物體的重力作用來(lái)確定物體質(zhì)量（重 量）的測量?jì)x器，也可以用來(lái)確定與質(zhì)量相關(guān)的其他量大小、 參數、特性。通常有三部分組成：

（1）承重、傳力復位系統

它是被稱(chēng)物體與轉換原件之間的機械、傳力復位系統,又 稱(chēng)電子秤的稱(chēng)體,一般包括接受被稱(chēng)物體載荷的承載器、稱(chēng)橋 結構、吊掛連接部件和限位減振機構等。

（2）稱(chēng)重傳感器

即由非電量（質(zhì)量或重量）轉換成電量的轉換元件，它是 把支撐力變換成電的或其他形式的適合于計量求值的信號所 用的一種輔助手段。

對稱(chēng)重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持 單值對應,具有良好的線(xiàn)性關(guān)系；有較高的靈敏度;對被稱(chēng)物 體的狀態(tài)影響要小;能在較差的工作條件下工作;有較好的頻 響特性;穩定可靠。

（3）測量顯示和數據輸出的載荷測量裝置

即處理稱(chēng)重傳感器信號的電子線(xiàn)路（包括放大器、模數 轉換、電流源或電壓源、調節器、補償元件、保護線(xiàn)路等）和指 示部件（如顯示、打印、數據傳輸、存貯器件等）。這部分習慣 上稱(chēng)載荷測量裝置或二次儀表。在數字式的測量電路中，通 常包括前置放大、濾波、運算、變換、計數、寄存、控制和驅動(dòng)顯 示等環(huán)節。

1.2電子秤的工作原理

STC89C51RC單片機是采用8051核的ISP在系統可編程 芯片，STC89C51RC單片機器件兼容標準MCS-51指令系統 及80C51引腳結構，STC89C51RC單片機芯片內集成了通用8 位中央處理器和ISP Flash存儲單元，具有在系統可編程 (ISP)特性,配合PC端的控制程序即可將用戶(hù)的程序代碼下 載進(jìn)單片機內部,省去了購買(mǎi)通用編程器,而且速度更快。對 本系統的設計要求完全符合。

1.3電子秤的計量性能

電子秤計量性能設計的主要技術(shù)指標有：量程、分度值、 分度數、準確度等級等。

（1）量程：電子衡器的最大稱(chēng)量Max,即電子秤在正常工 作情況下,所能稱(chēng)量的最大值。

（2）分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份,每份值 即為分度值,用e或d來(lái)表示。

（3）分度數:衡器的測量范圍被分成若干等份，總等份數 為分度數用n表示。

（4）準確度等級：國際法制計量組織把電子秤按不同的 分度數分成I、n、in、IV四類(lèi)等級，分別對應不同準確度的電 子秤和分度數n的范圍，如表1所示。

2.系統設計與實(shí)現

數字式電子秤的設計提出一種簡(jiǎn)單實(shí)用并且精度高的電 子秤設計方案,使測量精度得到大大提高。設計分四個(gè)模塊： 稱(chēng)重傳感器、濾波電路、A/D轉換電路，通過(guò)外部LED顯示模 塊顯示稱(chēng)量結果.電路應用電阻應變橋式傳感器來(lái)采集電壓 的微小變化。通過(guò)電感與電容組成的抗干擾濾高頻雜波作用 的EMI濾波器,減小外部環(huán)境對電子秤電路的影響，由電阻 和電容組成的一階RC濾波器，用來(lái)限制輸入信號的帶寬，降 低輸入信號的噪聲。經(jīng)過(guò)內部集成差分放大電路和高性能的 2-AADC (過(guò)采樣模數轉換器）的A/D轉換芯片AD7799,對 輸入電壓信號進(jìn)行放大并轉換成數字量輸出；顯示模塊采用 驅動(dòng)器PS7219驅動(dòng)四位八段LED顯示器構成，顯示實(shí)際測 量值.數字式電子秤設計的核心部件采用穩壓電源、稱(chēng)重傳感 器、濾波電路、A/D轉換電路組成（內部集成差分放大電路和 2-AADC),由外部LED顯示稱(chēng)量結果，具有很高的靈敏度、 快速響應顯示、寬量程和低誤差率等優(yōu)良性能.以高性能24 位AD7799模數轉換芯片為核心，采用PS7219驅動(dòng)電路驅動(dòng) LED顯示稱(chēng)量結果,設計了一款最大稱(chēng)重為6 kg,最小分度為 0.1 g,稱(chēng)重精度為六萬(wàn)分之一的高精度電子秤.電子秤系統 總體設計實(shí)現了測量精度的大幅度提高.另外,設計電路集成 度高、抗噪聲能力強、濾波效果顯著(zhù)，因而具有很好的系統穩 定性和測量準確性。

采用9V電池經(jīng)過(guò)三端集成穩壓器LM340獲得+ 5 V穩 壓輸出，為電子秤稱(chēng)重傳感器提供激勵電壓，同時(shí)經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng) 絡(luò )產(chǎn)生所需要的基準電壓UREF為AD7799提供參考電壓。 傳感器輸出的微弱電壓變化經(jīng)過(guò)濾波電路濾波，通過(guò)外部引 腳送入到AD7799中，由其內部集成的有低噪聲儀用可編程 增益放大器（PGA)滿(mǎn)足弱信號放大要求.放大后得到的信號 在AD7799內部的2-AADC轉換為數字信號，由于所選用的 芯片AD7799已經(jīng)具有譯碼功能故在顯示時(shí)只需要接上數 碼顯示器驅動(dòng)器即可用于顯示.選擇PS7219作為顯示器的驅 動(dòng)，直觀(guān)地顯示數字系統的運行數據。

2.1壓力傳感器

最普遍的電子秤應用橋式壓力傳感器實(shí)現,壓力傳感器 輸出電壓直接與放在其上的重量成比例。

壓力傳感器采用電阻應變片，它能將機械構件上應變的 變化轉換為電阻變化。電阻應變片是由$ = 0.02-0. 05mm的 康銅絲或鎳鉻絲繞成柵狀夾在兩層絕緣薄片中制成。用鍍銀 銅線(xiàn)與應變片絲柵連接，作為電阻片引線(xiàn)。采用惠斯通電橋 原理來(lái)測量電阻的變化。

電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各種力 學(xué)量轉換為電信號的結構型傳感器。電阻應變片式電阻應變 式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效 應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件 結合彈性元件構成力學(xué)量傳感器。

2.2顯示器的選型

本設計采用的1602LCD液晶屏作為顯示模塊。1602LCD 液晶屏具有微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧等諸多 優(yōu)點(diǎn)，且外圍電路簡(jiǎn)單?，F在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單 片機應用設計中最常用的信息顯示器件。它模塊內部字符發(fā) 生存儲器已經(jīng)存儲了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符 圖形有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號、和日文 假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，它的讀寫(xiě)操作、屏 幕和光標的操作都是可以通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現的。

3.軟件系統設計

軟件部分采用C51編程語(yǔ)言 ,單片機首先進(jìn)行初始 化，自動(dòng)校準壓力傳感器。程序使用模塊化設計思想,對每一 個(gè)功能寫(xiě)出相對獨立的子程序。

4.結語(yǔ)

本系統采用STC89C51RC單片機作為微控制器，使用 LCD1602作為顯示模塊。程序設計采用模塊化設計思想，能 夠滿(mǎn)足絕大多數的用戶(hù)的使用需求，具有一定的使用價(jià)值。