主要提出一種簡單實(shí)用并且改進(jìn)的高精度的電子秤設(shè)計(jì)方案，使測量精度得到大大提高。改進(jìn)的設(shè)計(jì)采用 STC89C51RC單片機(jī)作為微控制器的電子秤,采用高精度的16位AD轉(zhuǎn)換芯片AD770506。介紹了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案、稱重 傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)壓力傳感器使用電阻應(yīng)變片，它能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。采用 STC89C51RC單片機(jī)作為控制核心,使用電阻應(yīng)變片作為測量的裝置,使用16位高精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片AD770506把模擬量轉(zhuǎn) 換成數(shù)字量，把數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī),單片機(jī)在通過LCD1602顯示。設(shè)計(jì)電路集成度高、抗噪聲能力強(qiáng)、濾波效果顯著，具有很好 的系統(tǒng)穩(wěn)定性和測量準(zhǔn)確性。

0.引言

稱重技術(shù)自古以來就收到全世界各地區(qū)人們的重視。在 古代由于沒有完善的稱重技術(shù),導(dǎo)致商品貿(mào)易進(jìn)行時(shí)沒有統(tǒng) 一的標(biāo)準(zhǔn),在各行各業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)過程中也達(dá)不到一個(gè)固定 的精確度,從而制約了生產(chǎn)力的發(fā)展?，F(xiàn)在稱重技術(shù)已經(jīng)成 為一種計(jì)算手段被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、衣業(yè)、交通、科研等各個(gè) 領(lǐng)域，與我們曰常生活緊密相連。

電子秤的發(fā)展經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜,有粗糙到精密，由機(jī) 械到機(jī)電結(jié)合、最后到全電子化，由單一功能到多功能的過 程。尤其是近30年以來，工藝流程中現(xiàn)場稱重、配料定量稱 重以及產(chǎn)品質(zhì)量的檢測等工作，都已離不開電子秤。這是由 于電子秤不僅能給出質(zhì)量和重量的信號(hào)，而且也能作為總系 統(tǒng)中的一個(gè)檢測和控制單元,從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往 的自動(dòng)化和合理化。

因此,稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國都很重視。 在五十年代中期，電子技術(shù)被應(yīng)用于推動(dòng)衡器制造業(yè)的發(fā)展。 六十年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合電子衡器以來，到現(xiàn)在的四十五 十多年里，電子衡器有了很大的改變。最初，我國的電子衡器 以機(jī)電結(jié)合型為主,現(xiàn)如今已經(jīng)被權(quán)電子型和數(shù)字智能型的 衡器所取代。如今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用有了新的發(fā)展趨 勢。電子稱重技術(shù)更注重動(dòng)態(tài)稱重,而非靜態(tài)稱重:計(jì)量方法 也趨向于數(shù)字測量,而非模擬測量;測量特點(diǎn)也是向多參數(shù)測 量發(fā)展,取代單參數(shù)測量?？焖俜Q重和動(dòng)態(tài)稱重更是成為研 究與應(yīng)用的重點(diǎn)。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況 及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊 化、集成化、智能化;技術(shù)性能趨向是高速率、高準(zhǔn)確度、高穩(wěn) 定性、高可靠性;其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和非控制 信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組 合型。

1.系統(tǒng)組成

1.1電子秤的基本結(jié)構(gòu)

電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重 量）的測量儀器，也可以用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其他量大小、 參數(shù)、特性。通常有三部分組成：

（1）承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)

它是被稱物體與轉(zhuǎn)換原件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng),又 稱電子秤的稱體,一般包括接受被稱物體載荷的承載器、稱橋 結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。

（2）稱重傳感器

即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是 把支撐力變換成電的或其他形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所 用的一種輔助手段。

對(duì)稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持 單值對(duì)應(yīng),具有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度;對(duì)被稱物 體的狀態(tài)影響要小;能在較差的工作條件下工作;有較好的頻 響特性;穩(wěn)定可靠。

（3）測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置

即處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放大器、模數(shù) 轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)償元件、保護(hù)線路等）和指 示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸、存貯器件等）。這部分習(xí)慣 上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通 常包括前置放大、濾波、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯 示等環(huán)節(jié)。

1.2電子秤的工作原理

STC89C51RC單片機(jī)是采用8051核的ISP在系統(tǒng)可編程 芯片，STC89C51RC單片機(jī)器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng) 及80C51引腳結(jié)構(gòu)，STC89C51RC單片機(jī)芯片內(nèi)集成了通用8 位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程 (ISP)特性,配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下 載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部,省去了購買通用編程器,而且速度更快。對(duì) 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求完全符合。

1.3電子秤的計(jì)量性能

電子秤計(jì)量性能設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、 分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級(jí)等。

（1）量程：電子衡器的最大稱量Max,即電子秤在正常工 作情況下,所能稱量的最大值。

（2）分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份,每份值 即為分度值,用e或d來表示。

（3）分度數(shù):衡器的測量范圍被分成若干等份，總等份數(shù) 為分度數(shù)用n表示。

（4）準(zhǔn)確度等級(jí)：國際法制計(jì)量組織把電子秤按不同的 分度數(shù)分成I、n、in、IV四類等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電 子秤和分度數(shù)n的范圍，如表1所示。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

數(shù)字式電子秤的設(shè)計(jì)提出一種簡單實(shí)用并且精度高的電 子秤設(shè)計(jì)方案,使測量精度得到大大提高。設(shè)計(jì)分四個(gè)模塊： 稱重傳感器、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，通過外部LED顯示模 塊顯示稱量結(jié)果.電路應(yīng)用電阻應(yīng)變橋式傳感器來采集電壓 的微小變化。通過電感與電容組成的抗干擾濾高頻雜波作用 的EMI濾波器,減小外部環(huán)境對(duì)電子秤電路的影響，由電阻 和電容組成的一階RC濾波器，用來限制輸入信號(hào)的帶寬，降 低輸入信號(hào)的噪聲。經(jīng)過內(nèi)部集成差分放大電路和高性能的 2-AADC (過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7799,對(duì) 輸入電壓信號(hào)進(jìn)行放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出；顯示模塊采用 驅(qū)動(dòng)器PS7219驅(qū)動(dòng)四位八段LED顯示器構(gòu)成，顯示實(shí)際測 量值.數(shù)字式電子秤設(shè)計(jì)的核心部件采用穩(wěn)壓電源、稱重傳感 器、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路組成（內(nèi)部集成差分放大電路和 2-AADC),由外部LED顯示稱量結(jié)果，具有很高的靈敏度、 快速響應(yīng)顯示、寬量程和低誤差率等優(yōu)良性能.以高性能24 位AD7799模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為核心，采用PS7219驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng) LED顯示稱量結(jié)果,設(shè)計(jì)了一款最大稱重為6 kg,最小分度為 0.1 g,稱重精度為六萬分之一的高精度電子秤.電子秤系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了測量精度的大幅度提高.另外,設(shè)計(jì)電路集成 度高、抗噪聲能力強(qiáng)、濾波效果顯著，因而具有很好的系統(tǒng)穩(wěn) 定性和測量準(zhǔn)確性。

采用9V電池經(jīng)過三端集成穩(wěn)壓器LM340獲得+ 5 V穩(wěn) 壓輸出，為電子秤稱重傳感器提供激勵(lì)電壓，同時(shí)經(jīng)過電阻網(wǎng) 絡(luò)產(chǎn)生所需要的基準(zhǔn)電壓UREF為AD7799提供參考電壓。 傳感器輸出的微弱電壓變化經(jīng)過濾波電路濾波，通過外部引 腳送入到AD7799中，由其內(nèi)部集成的有低噪聲儀用可編程 增益放大器（PGA)滿足弱信號(hào)放大要求.放大后得到的信號(hào) 在AD7799內(nèi)部的2-AADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由于所選用的 芯片AD7799已經(jīng)具有譯碼功能故在顯示時(shí)只需要接上數(shù) 碼顯示器驅(qū)動(dòng)器即可用于顯示.選擇PS7219作為顯示器的驅(qū) 動(dòng)，直觀地顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2.1壓力傳感器

最普遍的電子秤應(yīng)用橋式壓力傳感器實(shí)現(xiàn),壓力傳感器 輸出電壓直接與放在其上的重量成比例。

壓力傳感器采用電阻應(yīng)變片，它能將機(jī)械構(gòu)件上應(yīng)變的 變化轉(zhuǎn)換為電阻變化。電阻應(yīng)變片是由$ = 0.02-0. 05mm的 康銅絲或鎳鉻絲繞成柵狀?yuàn)A在兩層絕緣薄片中制成。用鍍銀 銅線與應(yīng)變片絲柵連接，作為電阻片引線。采用惠斯通電橋 原理來測量電阻的變化。

電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力 學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變 式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效 應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件 結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。

2.2顯示器的選型

本設(shè)計(jì)采用的1602LCD液晶屏作為顯示模塊。1602LCD 液晶屏具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等諸多 優(yōu)點(diǎn)，且外圍電路簡單。現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單 片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。它模塊內(nèi)部字符發(fā) 生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符 圖形有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文 假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，它的讀寫操作、屏 幕和光標(biāo)的操作都是可以通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。

3.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件部分采用C51編程語言 ,單片機(jī)首先進(jìn)行初始 化，自動(dòng)校準(zhǔn)壓力傳感器。程序使用模塊化設(shè)計(jì)思想,對(duì)每一 個(gè)功能寫出相對(duì)獨(dú)立的子程序。

4.結(jié)語

本系統(tǒng)采用STC89C51RC單片機(jī)作為微控制器，使用 LCD1602作為顯示模塊。程序設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，能 夠滿足絕大多數(shù)的用戶的使用需求，具有一定的使用價(jià)值。