基于單片機(jī)的稱重儀設(shè)計

吳楠++彭森

摘 要：本設(shè)計是基于單片機(jī)的稱重儀，它的硬件電路設(shè)計包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、稱重傳感器、語音電路、LED顯示電路、±5V穩(wěn)壓電源電路等幾部分設(shè)計內(nèi)容。其中壓力傳感器輸出響應(yīng)的模擬電壓信號，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D變換）后就得到數(shù)字量D。 但是，數(shù)字量D并不是重物的實際重量值W，W 需要由數(shù)字量D在控制器內(nèi)部經(jīng)過一系列的運算——即數(shù)據(jù)處理才能得到。整個設(shè)計系統(tǒng)由Atmel公司生產(chǎn)51系列89S51單片機(jī)進(jìn)行控制；軟件實現(xiàn)功能開機(jī)檢測，主要是開機(jī)后自動逐個掃描LED數(shù)碼管，以防止某段數(shù)碼管損壞造成視覺誤差；出于人性化考慮我們還可以增加語音電路，實現(xiàn)自動語音播報重量。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；稱重儀；A/D轉(zhuǎn)換器

1 引言

隨著自動化測試技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)在功能、精度、性價比等方面已難以滿足人們的需要，尤其在智能化、便捷式、對微小質(zhì)量的測量方面更顯得力不從心。筆者采用以AT89S51單片機(jī)為控制核心，結(jié)合高敏度的電阻式應(yīng)變式壓力傳感器和高精度的A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計稱重系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及軟件、硬件。實現(xiàn)物體質(zhì)量、控制及顯示報告的電氣化與智能化。

在工業(yè)現(xiàn)場和環(huán)境中干擾源是各種各樣的，如噪音干擾、工頻干擾等，抗工頻干擾能力成為衡量電子衡器性能的重要指標(biāo)。為了具備這一性能，市場上的電子衡器的電路普遍較復(fù)雜，相對地，成本也較高。而本產(chǎn)品電路簡單，成本低，抗工頻干擾強(qiáng)，具有很好的推廣價值。

2 工作原理

電子秤的工作原理以電子元件：稱重傳感器，放大電路，AD轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)電路，顯示電路，通訊接口電路，穩(wěn)壓電源電路等電路組成。當(dāng)物體放在秤盤上時，壓力施給傳感器，該傳感器發(fā)生形變，從而使阻抗發(fā)生變化，同時使用激勵電壓發(fā)生變化，輸出一個變化的模擬信號。該信號經(jīng)放大電路放大輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號輸出到CPU運算控制。CPU根據(jù)程序?qū)⑦@種結(jié)果輸出到顯示器，直至顯示這種結(jié)果。

3 電源電路

本時鐘電源采用整流濾波電路和三端穩(wěn)壓電路LM7805和LM7905。LM7805CT芯片輸入端電壓約為9V，輸出端電壓為5V，LM7905芯片輸入端電壓約為-9V，輸出端電壓為-5V，輸入端和輸出端的壓差絕對值都應(yīng)大于2.5V ，否則會失去穩(wěn)壓能力。同時考慮到功耗問題，此壓差又不易太大，太大則增加7805與7905本身的功率消耗，增加芯片的升溫，不利于安全。根據(jù)變壓器副邊電壓與經(jīng)過濾波后輸出電壓關(guān)系可知，副邊電壓約為±9V，據(jù)此確定變壓器原副邊匝數(shù)比這樣即可得到系統(tǒng)所需要的±5V電源，電源設(shè)計圖如圖1所示。

4 前級放大器電路設(shè)計

稱重傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器要求很高。 我們已考慮可以采用第三種方案。所采用的專用儀表放大器我們選用 INA126，其接口如圖2所示：

5 稱重儀的系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)總體框圖如圖3所示。信號采集部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設(shè)計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出?？刂破鞑糠纸邮軄碜訟/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復(fù)雜的運算，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單元中?？刂破鬟€可以通過對擴(kuò)展I/O的控制，對鍵盤進(jìn)行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能。電路電源部分主要是為電路提供穩(wěn)定方便的電源，將工頻電壓直接轉(zhuǎn)換成所需的±5伏電壓。報警部分只要是在超重時對使用者發(fā)出警告聲。

6 結(jié)論

此次系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為控制部件，稱重儀模擬信號為輸入信號 ，通過前級放大器，雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，把轉(zhuǎn)換后的BCD碼送入AT89C51中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后在數(shù)碼管上顯示.系統(tǒng)的精度基本達(dá)到了要求。由于實驗室提供的電容精度不夠高，導(dǎo)致系統(tǒng)具有一定的浮動誤差，若把放大模塊中的電容換成高精度的電容，系統(tǒng)的精度也必然會提高。 本次設(shè)計的主要技術(shù)指標(biāo)主要有以下四點：稱重范圍0～5KG、分度值0.01KG、精確度0.01KG、LED顯示。其中在實現(xiàn)電路功能中主要存在的問題就似乎稱重的分度值和精確度，涉及到信號護(hù)理、轉(zhuǎn)換和放大等許多方面。其外觀通過LED顯示所有數(shù)據(jù)結(jié)果。不足之處是：鍵盤輸入的價格方面存在一定的缺陷，更改價格比較繁瑣。鑒于這種情況可更改為16X16的矩陣鍵盤，這樣就可以解決這一問題。從而達(dá)到了本次設(shè)計的最終目的，既鍛煉了實際的動手操作能力，同時達(dá)到了經(jīng)濟(jì)實用的要求。

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作者簡介

吳楠，邵陽學(xué)院信息工程系電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生。

通訊作者（指導(dǎo)老師）

彭森，邵陽學(xué)院信息工程系教師。