隨著(zhù)我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，各種新興商品層出不窮，商品種類(lèi)增多，度量工具有時(shí)是無(wú)法實(shí)現稱(chēng)量功能的，雖然作為度量工具的各種設備在不斷的完善和改進(jìn)，但是傳統的度量工具，如桿秤、盤(pán)秤等還是存在著(zhù)一些弊端和問(wèn)題，如度量不夠精確、效率低，還有一點(diǎn)就是容易被不法商販作手腳，欺騙消費者，謀取非法的利益，而電子秤的出現就很好的避免了這些問(wèn)題，本文對單片機的多功能電子秤的設計進(jìn)行討論和研究。

電子秤是我們生活中經(jīng)常要用到的一種方便、稱(chēng)量精準的工具，被廣泛應用于商業(yè)、超市、集貿市場(chǎng)以及零售業(yè)等公共場(chǎng)所。它的原理是通過(guò)以單片機來(lái)控制中心單元，由傳感器進(jìn)行重量的模數轉換單元，再通過(guò)鍵盤(pán)輸入和顯示屏幕輸出、軟件計算來(lái)實(shí)現準確稱(chēng)重。它對人們的生活影響越來(lái)越大，受到廣大商戶(hù)和普通百姓的歡迎。

一、電子秤工作原理

要進(jìn)行電子秤設計研究，就要從電子秤的工作原理說(shuō)起。電子秤中的壓力傳感器的作用是非常重要的，通常情況下壓力傳感器常采用電阻應變式，傳感器在這里充當媒介的作用，即通過(guò)傳感器將需要稱(chēng)量物品的重力轉變成電壓輸出，經(jīng)放大器放大電壓過(guò)后，再經(jīng)過(guò)A/D 轉換電路將電壓變化的信息轉變成相關(guān)的數據信息，之后由單片機完成最后的數據計算處理任務(wù)，數據處理之后在經(jīng)由顯示電路顯示出稱(chēng)量重物的物重信息。

二、系統綜合設計考慮

現實(shí)生活中，臺式電子秤使用相對較為普遍，但它的局限性也大，成本高，體積大，攜帶不便等等都是需要改進(jìn)的方面。鑒于此，我們對電子秤的設計主要思路是：利用壓力傳感器來(lái)采集因為壓力變化而產(chǎn)生的電壓信號，然后再通過(guò)放大電路進(jìn)行放大，經(jīng)過(guò)模數轉換器轉化為數字信號，最后再將數字信號送入單片機進(jìn)行A/D 轉換器。單片機經(jīng)過(guò)相應的處理后，則將當前物品的重量和金額顯示出來(lái)。按照國際法制計量組織的規定，我們的設計精度為Ⅲ級，電源AC220V，稱(chēng)重范圍0 到600g，分度值1kg。這種設計精度高，體積小，攜帶方便，能夠滿(mǎn)足廣大商貿和家庭的使用需求。

按照設計需要，電子秤由五個(gè)部分組成：控制器、測量稱(chēng)重、數據顯示、鍵盤(pán)和電源組成。系統設計方案如下圖所示：

本設計必須使用單片機作為系統的主控制器，因為以單片機為主控制器的設計可以將計算機技術(shù)和稱(chēng)量控制技術(shù)很好的結合在一起，而且組成新型的只需要改變相應的軟件程序即可實(shí)現“智能化稱(chēng)量控制”。我們選用的是 STC 公司的 12 系列單片機，STC12C5A60S2，它內部還帶有60KB 程序存儲器和8 路10 位A/D轉換器，基本上滿(mǎn)足了我們的需要。（引腳圖略）

三、數據采集

在智能電子秤的控制系統中，除了要有基本的控制和執行單元外，還要有反饋部分。在這個(gè)環(huán)節中，數據采集是最為重要的。

1. 傳感器的選擇

傳感器在設計中是一個(gè)非常重要的元件，本設計采用 SP20C-G501 電阻應變式傳感器。稱(chēng)量傳感器選用S 型梁結構及金屬箔式應變計，如此設計具有過(guò)載保護裝置?；菟沟孰姌蚩梢砸种茰囟茸兓挠绊?，補償方便，所以該傳感器受外界影響小，精度高，工作穩定，使用最為廣泛。

2. 放大電路的選取

稱(chēng)量傳感器輸出的電壓振幅在0 到20mV，A/D 轉化的輸入電壓為0～2V，所以放大環(huán)節就要有100 倍左右的增益。通常對放大環(huán)節的要求是可調的，我們這個(gè)設計只需要按照實(shí)際情況選擇 100 倍即可。零點(diǎn)和增益的溫度漂移和時(shí)間漂移非常小，這樣可

以保證放大環(huán)節對零點(diǎn)漂移的要求，對于殘余的一點(diǎn)漂移可借用軟件的自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤來(lái)很好的解決。穩定的增益量保證了負反饋電路的穩定性，并且要選用較高阻值的電阻和多圈電位器。

3. 電子秤軟件設計分析

C 語(yǔ)言是一種通用的計算機程序設計語(yǔ)言，在國際上非常流行，它既可以用來(lái)編寫(xiě)計算機的系統程序，也可以用來(lái)編寫(xiě)一般的應用程序。單片機應用系統更是如此，C 語(yǔ)言是當前最流行的程序設計語(yǔ)言，它像其他高級語(yǔ)言一樣，面向用戶(hù)，面向解題的過(guò)程，編程者不必熟悉具體得及損及內部結構和指令，C 語(yǔ)言又像匯編語(yǔ)言一樣可以對機器硬件進(jìn)行操作。

4. 系統總體設計規劃

該系統使用的STC12C5A60S2 單片機的外圍電路很簡(jiǎn)單，只需要加上晶振電路和電源就可以工作。傳感器的放大電路由兩級組成，前級可設計兩個(gè)同樣比例的運算電路，后級采用差動(dòng)比例運算電路，前級的對稱(chēng)性會(huì )直接影響到后級的共模抑制比，根據元器件所存在的一些誤差，設計的時(shí)候要采用多圈精密可調電阻。下面來(lái)說(shuō)一下系統應用程序的組成和設計：

本設計可用C 語(yǔ)言完成，編譯環(huán)境推薦使用keil UV3。軟件系統主要有三個(gè)方面，第一初始化系統；第二按鍵檢測；第三進(jìn)行數據采集和處理，并顯示。這三個(gè)方面的程序在主程序中完成。采用模塊化程序結構，易于編寫(xiě)和調試修改。

四、系統測試及總結

1. 系統測試方案

msp430 采用 TI MSP430 LunchPad 最小系統板，不必進(jìn)行測試。對ISD1760 語(yǔ)音模塊測試，焊接了由STC89C51RC（調試及錄音用）與 ISD1760 芯片組成的語(yǔ)音板，利用上位機軟件進(jìn)行了

ISD1760 器件復位，上電，錄音，獲取錄音地址，播放錄音等調試，以便將SPI 通信移植到MSP430 上。系統整體硬件連接實(shí)物圖如

上圖6 所示。

2. 項目總結

經(jīng)過(guò)多次 20kg 以下重物稱(chēng)重測試，該系統重復稱(chēng)重精度能達到III 類(lèi)標準，液晶顯示功能正常，語(yǔ)音播報及時(shí)準確，較好的達到了預期效果。存在的不足是傳感器有時(shí)信號傳遞不穩定，稱(chēng)重誤差較大。如果改用高精密度的傳感器，效果定會(huì )明顯改善。

該系統操作簡(jiǎn)單，性能穩定，硬件選配合理，價(jià)格低廉，且易于擴展。軟件部分加入了人性化設計，如超重報警，語(yǔ)音播報等特色功能，智能化、自動(dòng)化程度較高。同時(shí)該系統可擴展性較強，通過(guò)對軟硬件的修改或擴展，如添加鍵盤(pán)等，即能設計出富有特色的計價(jià)秤、電子臺秤等，因此具備一定的工業(yè)應用價(jià)值。