基于单片机的电子秤设计

摘 要： 随着单片机技术的成熟，越来越多的领域都在加入到使用单片机的领域当中来。比如智能仪表、实时工控、导航系统、家用电器等等。这些产品一经使用上单片机，就能达到让产品更新换代的功效。从基于单片机的电子秤的设计出发，来阐述单片机在工业设计中的应用。

关键词： 单片机；工业设计；电子秤

中图分类号：TH715.193 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220069－01

电子秤是我们生活中经常要用到的一种方便、称量精准的工具，被广泛应用于商业、超市、集贸市场以及零售业等公共场所。它的原理是通过以单片机来控制中心单元，由传感器进行重量的模数转换单元，再通过键盘输入和显示屏幕输出、软件计算来实现准确称重。它对人们的生活影响越来越大，受到广大商户和普通百姓的欢迎。

1 系统综合设计考虑

现实生活中，台式电子秤使用相对较为普遍，但它的局限性也大，成本高，体积大，携带不便等等都是需要改进的方面。鉴于此，我们对电子秤的设计主要思路是：利用压力传感器来采集因为压力变化而产生的电压信号，然后再通过放大电路进行放大，经过模数转换器转化为数字信号，最后再将数字信号送入单片机进行A/D转换器。单片机经过相应的处理后，则将当前物品的重量和金额显示出来。按照国际法制计量组织的规定，我们的设计精度为Ⅲ级，电源AC220V，称重范围0到600g，分度值1kg。这种设计精度高，体积小，携带方便，能够满足广大商贸和家庭的使用需求。

按照设计需要，电子秤由五个部分组成：控制器、测量称重、数据显示、键盘和电源组成。系统设计方案如下图所示：

本设计必须使用单片机作为系统的主控制器，因为以单片机为主控制器的设计可以将计算机技术和称量控制技术很好的结合在一起，而且组成新型的只需要改变相应的软件程序即可实现“智能化称量控制”。我们选用的是STC公司的12系列单片机，STC12C5A60S2，它内部还带有60KB程序存储器和8路10位A/D转换器，基本上满足了我们的需要。（引脚图略）

2 数据采集

在智能电子秤的控制系统中，除了要有基本的控制和执行单元外，还要有反馈部分。在这个环节中，数据采集是最为重要的。

2.1 传感器的选择

传感器在设计中是一个非常重要的元件，本设计采用SP20C-G501电阻应变式传感器。称量传感器选用S型梁结构及金属箔式应变计，如此设计具有过载保护装置。惠斯凳电桥可以抑制温度变化的影响，补偿方便，所以该传感器受外界影响小，精度高，工作稳定，使用最为广泛。

2.2 放大电路的选取

称量传感器输出的电压振幅在0到20mV，A/D转化的输入电压为0～2V，所以放大环节就要有100倍左右的增益。通常对放大环节的要求是可调的，我们这个设计只需要按照实际情况选择100倍即可。零点和增益的温度漂移和时间漂移非常小，这样可以保证放大环节对零点漂移的要求，对于残余的一点漂移可借用软件的自动零点跟踪来很好的解决。稳定的增益量保证了负反馈电路的稳定性，并且要选用较高阻值的电阻和多圈电位器。

3 系统总体设计规划

该系统使用的STC12C5A60S2

单片机的电路很简单，只需要加上晶振电路和电源就可以工作。传感器的放大电路由两级组成，前级可设计两个同样比例的运算电路，后级采用差动比例运算电路，前级的对称性会直接影响到后级的共模抑制比，根据元器件所存在的一些误差，设计的时候要采用多圈精密可调电阻。下面来说一下系统应用程序的组成和设计：

本设计可用C语言完成，编译环境推荐使用keil UV3。软件系统主要有三个方面，第一初始化系统；第二按键检测；第三进行数据采集和处理，并显示。这三个方面的程序在主程序中完成。采用模块化程序结构，易于编写和调试修改。结构如右图。

开机机器自检，检查称重显示是否为零，若称重显示不为零，可进行微调，使之能够正确显示。在系统上电后，对系统进行初始化，该程序主要完成对单片机内部的寄存器的设定，单片机工作方式和端口的状态，RAM自检、标志位的设置、栈指针、内存空间等等。

电子称软件设计均采用模块化设计，整个程序包括主程序、定时中断程序、INTO中断程序按键程序、数据处理子程序（双字节乘法、二一十进制转换程序及逆转换程序）、LCD十六位液晶静态显示子程序等模块。所有程序均采用C汇编语言编写。电子计价秤的软件设计思路说明如下：主程序的作用为程序初始化，计算单价木单重（单价和单重分别在定时中断程序和INT0外部中断程序中获得），并时时显示十进制的单重，单价，总价。设定T0为计数工作方式，T1为定时工作方式。其中R0为标志位寄存器当为OOH时为正常显示方式。当为01H时为累计显示方式，在T1定时中断程序中。一秒钟采样物料重量（已转成脉冲频率），并赋值重量计算RAM区和显示RAM区。在INTO外部中断程序中，采样单价并赋值单价计算。

称重数据可以用软件来进行处理，这样可以弥补包括传感器在内的诸多环节硬件本身的缺陷，提高了电子秤的综合性能。主要数据有无效物理的去除、零漂的处理、标度变化、非线性补偿技术和数字滤波技术等，在此因为篇幅的关系不再赘述。

智能电子秤以其优良的可靠性和准确性收到广大用户的青睐，同时随着单片机的使用，也更加方便其升级和维护。当然，电子秤只是单片机在众多领域应用中的冰山一角，如示波器、各种家用电器、计算机网络和通信领域以及商业、医疗设备中，到处都可见单片机的身影。我们相信，随着人们对单片机认识的增多，今后单片机在工业设计中的应用会拥有更加广阔的前景。

参考文献：

[1]胡汉才，单片机原理及其接口技术（第二版），清华大学出版社.

[2]单成祥，传感器理论设计基础及其应用，国防工业出版社.