基于单片机的称重仪设计

吴楠++彭森

摘 要：本设计是基于单片机的称重仪，它的硬件电路设计包括单片机最小系统、A/D转换器、称重传感器、语音电路、LED显示电路、±5V稳压电源电路等几部分设计内容。其中压力传感器输出响应的模拟电压信号，经过模/数转换（A/D变换）后就得到数字量D。 但是，数字量D并不是重物的实际重量值W，W 需要由数字量D在控制器内部经过一系列的运算——即数据处理才能得到。整个设计系统由Atmel公司生产51系列89S51单片机进行控制；软件实现功能开机检测，主要是开机后自动逐个扫描LED数码管，以防止某段数码管损坏造成视觉误差；出于人性化考虑我们还可以增加语音电路，实现自动语音播报重量。

关键词：单片机；称重仪；A/D转换器

1 引言

随着自动化测试技术的发展，传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便捷式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。笔者采用以AT89S51单片机为控制核心，结合高敏度的电阻式应变式压力传感器和高精度的A/D转换器，设计称重系统的总体结构及软件、硬件。实现物体质量、控制及显示报告的电气化与智能化。

在工业现场和环境中干扰源是各种各样的，如噪音干扰、工频干扰等，抗工频干扰能力成为衡量电子衡器性能的重要指标。为了具备这一性能，市场上的电子衡器的电路普遍较复杂，相对地，成本也较高。而本产品电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。

2 工作原理

电子秤的工作原理以电子元件：称重传感器，放大电路，AD转换电路，单片机电路，显示电路，通讯接口电路，稳压电源电路等电路组成。当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器。转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。CPU根据程序将这种结果输出到显示器，直至显示这种结果。

3 电源电路

本时钟电源采用整流滤波电路和三端稳压电路LM7805和LM7905。LM7805CT芯片输入端电压约为9V，输出端电压为5V，LM7905芯片输入端电压约为-9V，输出端电压为-5V，输入端和输出端的压差绝对值都应大于2.5V ，否则会失去稳压能力。同时考虑到功耗问题，此压差又不易太大，太大则增加7805与7905本身的功率消耗，增加芯片的升温，不利于安全。根据变压器副边电压与经过滤波后输出电压关系可知，副边电压约为±9V，据此确定变压器原副边匝数比这样即可得到系统所需要的±5V电源，电源设计图如图1所示。

4 前级放大器电路设计

称重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。 我们已考虑可以采用第三种方案。所采用的专用仪表放大器我们选用 INA126，其接口如图2所示：

5 称重仪的系统总体框图

系统总体框图如图3所示。信号采集部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存储到存储单元中。控制器还可以通过对扩展I/O的控制，对键盘进行扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制。数据显示部分根据需要实现显示功能。电路电源部分主要是为电路提供稳定方便的电源，将工频电压直接转换成所需的±5伏电压。报警部分只要是在超重时对使用者发出警告声。

6 结论

此次系统以单片机AT89C51为控制部件，称重仪模拟信号为输入信号 ，通过前级放大器，双积分A/D转换器，把转换后的BCD码送入AT89C51中进行数据处理，最后在数码管上显示.系统的精度基本达到了要求。由于实验室提供的电容精度不够高，导致系统具有一定的浮动误差，若把放大模块中的电容换成高精度的电容，系统的精度也必然会提高。 本次设计的主要技术指标主要有以下四点：称重范围0～5KG、分度值0.01KG、精确度0.01KG、LED显示。其中在实现电路功能中主要存在的问题就似乎称重的分度值和精确度，涉及到信号护理、转换和放大等许多方面。其外观通过LED显示所有数据结果。不足之处是：键盘输入的价格方面存在一定的缺陷，更改价格比较繁琐。鉴于这种情况可更改为16X16的矩阵键盘，这样就可以解决这一问题。从而达到了本次设计的最终目的，既锻炼了实际的动手操作能力，同时达到了经济实用的要求。

参考文献

[1]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：航空航天大学出版社，2001

[2]刘守义.单片机应用技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004

[3]蔡美琴.MCS—51系列单片机系统及其应用[M].北京：高等教育出版社，1999

[4]陈明荧.8051单片机基础教程[M].北京：科学出版社，2003

[5]李建忠.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003

[6]胡学军.单片机与控制技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004

[7]张国香.电子电路问答[M].北京：机械工业出版社，2005

作者简介

吳楠，邵阳学院信息工程系电子科学与技术专业学生。

通讯作者（指导老师）

彭森，邵阳学院信息工程系教师。