質(zhì)量是測(cè)量領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)，常規(guī)的測(cè)試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x 器在遠(yuǎn)距離、功能、精度及自動(dòng)化水平等方面發(fā)生了巨大變化。作為重量測(cè)量?jī)x器，智能電子秤在各行各業(yè)開(kāi)始顯現(xiàn)其測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè) 量速度快，易于實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點(diǎn)，并開(kāi)始逐漸取代傳統(tǒng)塑的機(jī)械杠桿測(cè)量秤，成為測(cè)量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。本文設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件，用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，硬件則以應(yīng)變片式電阻傳感器為主,測(cè)量0?3kg質(zhì)量的物品，并有閾值報(bào)警的功 能。稱(chēng)重傳感器輸出的電量是模擬量，數(shù)值比較小達(dá)不到A/D轉(zhuǎn)換接收的電壓范圍,所以送A/D轉(zhuǎn)換之前要對(duì)其進(jìn)行前端放大、整 形濾波等處理。然后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果才能送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示。其數(shù)據(jù)顯示部分采用LED顯示，成本低且能很好地實(shí)現(xiàn) 所要求的功能。

一、主要任務(wù)

該文中稱(chēng)重是最基本功能，實(shí)現(xiàn)重量的測(cè)量，并在數(shù)字顯示部分 顯示測(cè)量的重量。超重報(bào)警功能是，如果所稱(chēng)物品重量超過(guò)電子秤的 量程,也就是3kg,則揚(yáng)聲器發(fā)出蜂鳴聲。

二、方案論證

1、主控電路的設(shè)計(jì)

ATB9S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB ISP (In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ) 器、該器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造、兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。片內(nèi)集成了通用的8位CPU和 ISP Flash為存儲(chǔ)單元,可為眾多嵌人式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、高性 價(jià)比的解決方案。智能數(shù)字芯片邏輯功能測(cè)試儀的核心部件采用單片 機(jī)進(jìn)行控制,程序燒寫(xiě)進(jìn)單片機(jī)后，與簡(jiǎn)單的外圍電路配合即可達(dá)到使 用者的要求,并且,功能若要增加，改寫(xiě)程序即可，無(wú)須更改硬件。

電子秤的主控電路由AT89S52和晶振以及復(fù)位開(kāi)關(guān)組成，晶振的 作用是啟動(dòng)單片機(jī)AT89S52，復(fù)位開(kāi)關(guān)在變換稱(chēng)重物體時(shí)使用，每變換 一次稱(chēng)重的物體就要按下一次復(fù)位開(kāi)關(guān)，使單片機(jī)復(fù)位清零，重新開(kāi)始 稱(chēng)重。程序?qū)懺趩纹瑱C(jī)中,控制整個(gè)電路工作。

2、稱(chēng)重功能

方案一:采用電容傳感器進(jìn)行稱(chēng)重。電容傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈 敏度高、動(dòng)態(tài)特性好、無(wú)接觸測(cè)量、分辨力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)和抗干擾力強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn)，最大特點(diǎn)是價(jià)格便宜，但它的主要缺點(diǎn)是電容量一般很小，僅幾 十至幾百皮法，甚至只有幾個(gè)皮法，環(huán)境變化將影響電容量發(fā)生變化， 因而應(yīng)用受到一定程度的限制。在電子稱(chēng)重技術(shù)的應(yīng)用中，可將電子 線路緊靠傳感器的極板以減小電纜分布電容的影響，利用微處理技術(shù) 對(duì)電容式傳感器的溫度特性和非線性特性進(jìn)行補(bǔ)償。電容值的直接測(cè) 量非常困難，因此，系統(tǒng)將不易測(cè)量的電容變化量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的頻 率信號(hào)的變化量，實(shí)現(xiàn)較為困難，因此不選此方案。

方案二 :采用應(yīng)變片式電阻傳感器進(jìn)行稱(chēng)重。電阻應(yīng)變片是一種 將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。它是壓阻式 應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻 應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬 箱狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn) 生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn) 生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變 化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片 都組成應(yīng)變電橋,并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電 路(通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。此方案較容易實(shí)現(xiàn)，最 終選擇此苧案

3、顯示功能

方案一:使用液晶顯示,如果我們只需要顯示數(shù)字可以選擇字符型 液晶，但是液晶在控制方面比較復(fù)雜，規(guī)格繁多、接口方面不易選擇，價(jià) 格比較昂貴。所以此課題沒(méi)有選擇該方案。

方案二:使用數(shù)碼管顯示，因?yàn)槲覀冎恍枰@示數(shù)字且沒(méi)有什么特 殊的要求。基于數(shù)碼管的價(jià)格便宜，使用方便，易于控制等特點(diǎn)所以采 用了該方案。

4、前級(jí)放大功能

壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)，所以對(duì)運(yùn)算放大器要求很 高。我們考慮可以采用以下幾種方案可以采用：

方案一:利用普通低溫漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器。

普通低溫漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器會(huì)引人大量噪聲。由于 A/D轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最 后的測(cè)量精度。所以,此種方案不宜采用。

方案二:由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器。

差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放 (如OP07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器。

電阻R1、R2電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級(jí)的噪聲，C1、C2為普 通小電容,可以濾除高頻干擾,C3、C4為大的電解電容，主要用于濾除 低頻噪聲。

優(yōu)點(diǎn):輸入級(jí)加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級(jí)為差動(dòng)放 大電路，滑動(dòng)變阻器R6可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級(jí)可以用于微調(diào)放 大倍數(shù)，使輸出滿(mǎn)足滿(mǎn)量程要求。輸出級(jí)為反向放大器，所以輸出電阻 不是很大,比較符合應(yīng)用要求。

缺點(diǎn)：此電路要求R3、R4相等，誤差將會(huì)影響輸出精度，難度較 大。實(shí)際測(cè)量，每一級(jí)運(yùn)放都會(huì)引人較大噪聲。對(duì)精度影響較大。

方案三:采用專(zhuān)用儀表放大器，如:INA126，INA121等。

此類(lèi)芯片內(nèi)部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增 益高，精度也非常好，且外部接口簡(jiǎn)單。

以IN A126為例,接口如圖3所示。

放大器增益.通過(guò)改變Rg的大小來(lái)改變放大器的 kg

增益。

基于以上分析,我們決定采用制作方便而且精度很好的專(zhuān)用儀表 放大器INA126。

基于單片機(jī)的電子秤的方案設(shè)計(jì)是源于我們生活中的一個(gè)課題， 該課題所實(shí)現(xiàn)的功能及性能已經(jīng)廣泛的運(yùn)用于生活和生產(chǎn)實(shí)際中，隨 著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，由于電子秤精度高，易操作，電子秤的 應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，最后將完全取代桿秤等非電子秤。電子秤也將 向精度更高的方向發(fā)展，適應(yīng)不同的需要，它可以發(fā)展為更加簡(jiǎn)便易攜 帶的家庭用手提電子秤，工業(yè)電子秤也會(huì)向著量程越來(lái)越大，且價(jià)格相對(duì)降低的方向發(fā)展,為人們的生產(chǎn)和生活提供更多的便利。