電子秤具有稱(chēng)重精確度高，簡(jiǎn)單實(shí)用，攜帶方便，測量準確，價(jià)格低等特點(diǎn)。本文所 設計的是由電阻應變片式傳感器測量電路，儀表放大器，按鍵電路和顯示電路等組成的簡(jiǎn)易電 子秤。最初由托盤(pán)中模擬待測物的砝碼因重力使橫臂發(fā)生形變，同時(shí)，應變片傳感器隨之發(fā)生 形變產(chǎn)生電壓信號，儀表放大器對傳感器輸出的微弱的電壓模擬信號進(jìn)行一定倍數的放大，以 滿(mǎn)足單片機對輸入信號電平的要求，再經(jīng)過(guò)單片機控制譯碼顯示器從而顯示出被測物體的重量， 接著(zhù)，通過(guò)按鍵電路可調節單價(jià)實(shí)現金額的計算、累加以及去皮等功能，最終由LCD顯示屏對 單片機輸出的數字信號進(jìn)行顯示。

引言

隨著(zhù)時(shí)代科技的發(fā)展，各行業(yè)對稱(chēng)重計量提出了 許多的新要求。電子稱(chēng)重技術(shù)逐漸從靜態(tài)稱(chēng)重向動(dòng)態(tài)稱(chēng)重發(fā)展，從模擬測量向數字測量發(fā)展，從單參數測 量向多參數測量發(fā)展。傳統純機械結構的稱(chēng)重裝置逐 步被淘汰，而電子稱(chēng)重裝置等稱(chēng)重裝置以其準確、快 速、方便、顯示直觀(guān)等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞其中電子秤不但能精確稱(chēng)出商品重量，還能去皮稱(chēng) 重，累計所稱(chēng)物品重量，輸入物品單價(jià)可快速的計算 出金額，由此，電子秤能夠完成許多工作，為人們節 省了時(shí)間也提高了效率。本設計就是基于單片機制作 這樣一種電子秤，將傳感器的輸出信號經(jīng)過(guò)放大后輸 入單片機再由各按鍵調整實(shí)現相應功能，最終由顯示 屏輸出顯示。

1.總體方案設計

1.1設計任務(wù)及要求

設計并制作一個(gè)以電阻應變片為稱(chēng)重傳感器的簡(jiǎn) 易電子秤，電子秤的結構如圖1所示。如圖所示，金 屬懸臂梁固定在支架上，支架高度不大于40cm，支架 及秤盤(pán)的形狀與材質(zhì)不限。懸臂梁上粘貼電阻應變片 作為稱(chēng)重傳感器。

(1)電子秤可以數字顯示被稱(chēng)物體的重量，單 位克（g);

⑵電子秤稱(chēng)重范圍5.00g?500g;重量小于 50g，稱(chēng)重誤差小于0.5g;重量在50g及以上，稱(chēng)重誤 差小于1g;

（3）電子秤可以設置單價(jià)（元/克），可計算物 品金額并實(shí)現金額累加；

（4）電子秤具有去皮功能，去皮范圍不超過(guò)100g。

1.2系統總體設計框圖

系統總體設計框圖如圖2所示。

2.模塊方案設計

2.1電阻應變式傳感器的測量電路

應變片是用粘結劑粘貼到被測件上的，這就要 求粘結劑形成的膠層必須準確迅速地將被測件的應 變傳遞到敏感柵上。選擇粘結劑時(shí)必須考慮應變片 和被測件的材料性能，要求粘接力強，粘接后機械 性能可靠，電絕緣性良好等。常用的粘結劑類(lèi)型有 硝化纖維素型，氰基丙烯酸型，聚酯樹(shù)脂型等。綜 合考慮經(jīng)濟性和目標的硬性要求，我們采用了聚酯 樹(shù)脂型。

金屬絲的原始長(cháng)度L，半徑r，受力F作用后長(cháng)度 為L+AL，半徑為r-Ar，根據金屬絲的電阻計算公 式：R=PL/S，由R的全微分得到R的相對變化，表達式：

2.2電壓放大電路

由AD620AN集成儀表放大器結合TL072 (用作電壓跟隨器）對電橋測得的微弱電壓信號進(jìn)行放 大，如圖4。

2.3 LCD顯示電路

本次作品設計中我們使用了 LCD12864顯示屏作 為單片機的顯示電路。單片機的控制顯示步驟主要 為：首先對LCD進(jìn)行初始化，顯示顯示為手動(dòng)設置 界面，此時(shí)可通過(guò)上下左右四個(gè)方向對單價(jià)及重量(軟件調試過(guò)程中）進(jìn)行手動(dòng)設置，同時(shí)輔以去皮 及累加功能，此時(shí)顯示屏上可顯示出單價(jià)、重量、 金額及累計金額（去皮及所累加的金額數為默認 值，不予顯示）。

如圖5所示，采用LCD12864作為顯示電路，其 中R3電阻和10 R F的電容組成上電復位電路，對LCD 的點(diǎn)陣都初始化為0;圖中R2電位器是用來(lái)調節LCD 顯示對比度。RS、RW、EN、CS2、CS1為LCD的控制信號。

2.4軟件設計方案

采用MSP430系列單片機，其是一種16位RISC 架構的混合型號處理器，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數尋址、4種目的操作數尋址）、簡(jiǎn)潔的 27條內核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器 以及片內數據存儲器都可參加多種運算；其重要特 性有功耗低，處理能力強大，有高性能模擬技術(shù)及 豐富的片上外圍模塊，系統工作穩定，開(kāi)發(fā)環(huán)境也 十分高效方便，操作也較為簡(jiǎn)單。此次我們采用 MSP430F5438A，其有豐富的模擬信號采集口 (14個(gè))， 功能非常強大，完全能夠實(shí)現本次課題的要求。

單片機通過(guò)使用ADC12采集口，采集電路輸出 電壓，再通過(guò)Matlab擬合稱(chēng)重質(zhì)量與輸出電壓之間的 關(guān)系。具體的按鍵功能如圖6所示。

3.系統調試

3.1硬件調試

本設計中，電阻式應變片傳感器輸出給電壓 放大器的電壓信號中，存在噪聲信號和高次諧波， 這將會(huì )導致后續電路中的電壓信號存在大量紋波分 量，若不加以必要的濾波處理，將會(huì )導致送給單 片機的信號極其不穩定而無(wú)法測得最終的數據。因 此，我們在電路中必要的端口增加了二階無(wú)源低通 濾波。

3.2非線(xiàn)性矯正

由于本次設計小于50g時(shí)精度要求為0.5g，大于 50g的精度要求為lg，在50g的質(zhì)量范圍內采集了 28 組較為密集的數據，對50g至500g的質(zhì)量范圍內采集 了 45組數據。因采集的稱(chēng)重質(zhì)量與輸出電壓并非線(xiàn) 性，所以我們進(jìn)行了非線(xiàn)性矯正，利用Matlab軟件進(jìn) 行分段擬合，使測量結果更接近實(shí)際值。

4系統功能測試、指標參數

4.1稱(chēng)重測試

稱(chēng)重測試結果如表1所示：

4.2金額計算及累加測試

金額計算及累加測試結果如表2所示：

5.結語(yǔ)

通過(guò)本次簡(jiǎn)易電子秤的設計，最后設計出的 作品基本能夠滿(mǎn)足設計要求。設計初期，作品存在 紋波大的現象，造成該現象的原因主要是從電橋輸 出的微弱電壓中的高次諧波的存在，對此，我們先 后使用了一階無(wú)源低通和二階無(wú)源低通濾波電路對 每個(gè)放大端口進(jìn)行濾波處理，實(shí)驗證明，二階濾波后，原先的輸出紋波由原先的二十幾毫伏降低到了 二點(diǎn)幾毫伏，紋波現象得到明顯改善。

此外，我們發(fā)現電橋輸出電壓與重物的質(zhì)量并 非成嚴格的線(xiàn)性關(guān)系，這一問(wèn)題在調試初期困擾了 我們很久，之后我們認識到了這一問(wèn)題并將記錄的 數據導AMatlab軟件中進(jìn)行擬合，從而得到了兩者之 間近似滿(mǎn)足的線(xiàn)性關(guān)系的相關(guān)系數，使得最終的測 量結果更為精確。