多功能电子称的设计

摘要：本系统是针对自动称重、计算价格进行了研究的。讲述了用单片机控制A/D转换、键盘输入和数据显示，对如何实现键盘中断、A/D采样进行研究。着重讨论了数据处理问题，结果表明利用软件实现一系列功能使的性能价格比达最优。设计特别适用于测量精度要求较高的场合， 具有较高的实用价值和推广价值。

关键词：电子称；工作原理；设计

本课题本着电子秤向高精度、高可靠方向研究， 而且向多种功能的方向发展的思想，主要对电子秤一些简单功能进行了研究。主要通过强大软件功能实现电子秤自诊断、自校正、皮重、净重显示等特种功能、特殊的数据处理功能、多种计算和数据处理功能， 以满足多种使用的要求。

1、智能电子秤的工作原理与基本结构

根据智能电子秤的性能及技术要求，选择89C52单片机为核心，组成称量系统。系统主要有89C52单片机、A/D转换器、键盘/显示电路、传感器、放大电路、锁存器等组成。

当商品放到秤盘上时，秤盘下的重量电阻应变式传感器产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入89C52单片机经过数据处理，89C52单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入89C52单片机，经过数据处理，送至显示电路显示出商品单价。物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。

该系统采用应变片式传感器进行测量，得出模拟信号；再进行放大和模数转换，然后送入单片机行处理。由A/D接口模块、主机接口模块、键盘与显示模块组成。该结构共分五大部分，即信号采集部分：利用称重传感器获取外部重量信息；信号放大部分；模数转换部分：利用A/D转换器把输入的模拟信号转换成数字信号以送到单片机进行处理；单片机控制部分：单片机是中央控制系统，它接受外部送进的各种数据和控制信息，通过运算和处理，然后送到外部以实现显示等需要；人机接口部分：人机联系部件有键盘、显示器等，这些部件同主机电路的连接是由人机接口电路来完成的。人机接口技术是智能仪表和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一。

2、智能电子秤的硬件设计

2.1信号采集电路

要求称重范围10Kg，重量误差不大于+0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重即10KG。我们选择的是L-PSIII 型传感器，量程20Kg，精度为0.01%，满量程时误差0.002Kg。可以满足本系统的精度要求。

本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路，用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发生变化。即输出电压的变化反映出重力的变化。电桥的输出电压可由下式表示：

上式说明电桥的输出电压V和四个桥臂的应变片感受的应变量的代数和成正比。

图2-1桥式测量电路

（2）压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。 我们考虑可以采用专用仪表放大器INA128 此芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。 放大器增益 ，通过改变Rg的大小来改变放大器的增益。 INA128构成的放大器及滤波电路如图2-2所示：

图2-2放大器及滤波电路

2.2 单片机控制系统

该智能电子秤采用ATM公司的AT89C52作为CPU，它是一种低功耗高性能的八位CMOS微控制器，与MCS-51微控制器件兼容本设计的控制电路。以单片机89C52为控制中心，负责接收数据和外接设备的信号，再处理数据，发出控制信号，以达到所需的要求。单片机的P0口与A/D转换器的数据线、控制线直接相连。键盘、显示器通过8279与单片机相接，单片机的P1口与8279的数据口相接，键盘的行线接8279的RL0―RL3，SL0―SL3经74LS138译码输出，连接键盘的列线， SL0―SL3又由74LS154译码输出，经7407驱动后到显示器LED的各个位的公共阴极。输出线OUTB0―OUTB3、OUTA0―OUTA3作为一个8位段选码数据输出端口，在连接32键以内的简单键盘时，CNTL、SHIFT输入端可接地。74LS07芯片是8279作为LED数码管显示器的段选码输出端口的同相驱动芯片。

2.3键盘显示接口电路

本设计系统除了前面所述的四个结构外，还需要用到人机联系部件以便接收各种命令和数据，即价格，重量的数据输入，清零、去皮重、净/毛转换、分度数设定、最大称量设定、分度值设定、零点自动跟踪、零中心指示、过载显示、自动累计、欠电压指示等命令的输入。集成芯片8279就是如上所述的一种功能较完善的键盘接口电路，它还具备显示接口的功能。8279芯片作为通用接口电路，一方面接受来自键盘的输入数据并进行预处理，另一方面实现对显示数据的管理和对数码显示器的控制。

3、智能电子秤的软件设计

首先，我们通过对软件进行分析，确定那些任务是由软件来完成的。其次，智能电子秤系统中有着大量的数据计算，各个模块之间进行信息传递，我们必须数据类型和结构进行规划，对系统内程序存储器、RAM、定时器/计数器和中断源的分配。完成以上工作后我们就可以进行编程了。

3.1主程序设计

我们采用模块程序设计技术来设计电子秤的软件系统，根据系统功能，我们将软件划分成若干个相对独立的模块，为每一个模块设计程序流程图。软件程序的主要任务有：重量、单价、总价等参数的显示；数据管理；数据处理；数据运算等功能。

电子秤软件设计的总体思想是：根据预先编制的程序对测量进行控制，完成自动诊断、自动清零、自动逻辑判断、自动存取数据完成重量的测试；搜集和处理测得数据，并通过对重量的测试，按各种参数之间关系，经计算后自动求出一系列有关未知参数，如重量、单价和总价。

3.2系统初始化

系统上电后，对系统进行初始化。初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器的设定，单片机工作方式及端口的工作状态的规定、RAM自检、各标志位的设置、设置栈指针、分配内存空间、设定计数器/定时器的工作方式。

3.3 A/D转换结果处理程序

在智能电子秤控制系统中，除了控制单元和执行单元外，还必须有反馈环节。在反馈环节中，最重要的就是对数据的采集。本文以AT89C52单片机为核心，设计一个基于单片机的数据采集系统，通过模拟电压形式输入系统，经双积分A/D转换器ICL7109可以采集12路模拟量，精度为12位，并经多次采样，通过滤波，取得更精确的重量值。

3.4 键盘与显示处理程序

我们知道键盘和显示是人与微机系统打交道的主要设备。在本系统中我们采用8279可编程键盘/显示管理接口。利用8279可实现对键盘/显示器的自动扫描，以减轻CPU负担，并具有显示稳定、程序简单、不会出现误动作等特点。

结 论：

电子称重技术是现代称重计量和控制系统工程的重要基础之一。近年来，随着计算机和称重传感器技术的迅速发展，现代科学技术的相互渗透，电子称重技术及应用又有了新发展。称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量想多参数测量发展特别是对快速称重和动态称重的研究与应用，已为世界各国所关注。可以说电子称重技术的发展水平，已成为衡量一个国家科学技术水平和工业发达程度的重要标志之一。