基于单片机电子秤设计研究

2018-07-11邝耀强

电子测试 2018年12期

邝耀强

（广东省台山市质量技术监督检测所，广东江门，529200）

0　引言

电子秤主要是将传感器技术、信息处理技术以及电子技术三者融为一体，所形成的一种新型的质量计量设备，与传统的机械城相比较，电子秤质量较小，便于移动、价格低廉、结构简单、维护方便。在生产生活中实用性比较强。电子秤被广泛的应用到科学研究、工农业生产、内外贸易等领域。已经成为生活中必不可少的质量计量工具。电子秤的发展经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由单一功能到多功能的过程。尤其是进几年、工艺流程中的现场称重、配料的定量、以及产品质量的监测等都离不开电子秤。所以，智能化的电子秤设计，将直接影响各个行业的现代化发展水平，进一步提高社会的经济效益。

1　系统硬件设计

系统硬件主要以单片机为核心，由控制器、传感器、数据显示器、键盘以及电路电源共同组成，系统设计方案如图1所示。该电子秤工作原理在于：利用称重传感器对压力信号进行检测，在接收到微弱的电信号之后，对电路进行处理，将处理后的信号传递到单片机中的A/D转换器，将模拟量转化为数字量，控制器会对数字量进行接收，通过运算，将数字信号转换为实体的重量信号在屏幕上进行显示。

1.1　控制器设计

电子秤控制器主要使用单片机进行设计，通过单片机能够将测量技术与计算机技术紧密融合，构成全新的软件程序，以这种软件程序来替代传统的控制系统。由于系统要求并不是很高，所以选用A/D转换器单片机，这种智能化的仪表在测量中对数据的处理能够呈现多样化，并且应用程序能够直接存到存储片内，无需另外安置扩展存储器，对电路的设计大大简化。

图1　系统整体设计方案

1.2　传感器设计

传感器功能主要在于对数据的采集以及对电路的处理，在电子称系统设计中，传感器是飞中重要的元件，对传感器的选择必须注意参数与量程，并且不能忽视电路设计的难度以及性价比。需要根据电子秤的最大称量值、传感器的个数以及称体的自重来综合性的对传感器的量程进行选择。为了电子秤称量结果的精准度，在实际工作中，要确保传感器的有效量程在20%-80%之间，对重量称量的误差要控制在0.01Kg以内。根据综合要求，本次选用SP20C-G501电阻应变式传感器，该传感器由S型梁结构以及金属箔式应变计构成，不会受到温度的影响，相对来讲，该传感器的测量精度比较高，稳定性比较优越。可以用于各种结构的电子秤仪表中。

1.3　电源电路设计

电子成系统的各功能模块均采用5V电压进行供电，通过独立电源供电的方式来确保电源的稳定性。此次设计选用9V高能电池，该电池使用周期长，储存量大，通过LM7805稳压器件来确保输出电压为5V。在电源的接口上安装LED指示灯，通过指示灯的工作状态来确定电源工作的稳定性。

图2　系统电路设计

当LED指示灯亮，说明电源工作正常，指示灯灭，说明工作不稳定。图中电阻R为1KΩ，防止LED指示灯被烧坏。

1.4　液晶显示模块设计

液晶显示模块主要将称重数据显示出来，在单片机智能称重系统中，选用LCD1602液晶显示模块，该模块运行稳定，功耗低。显示容量在16×2个字符，电压在4.5-5.5V之间，工作电流控制在2.0MA。LCD1602运用比较方便通过电位器来调节字符显示的亮度。

1.5　键盘电路设计

系统键盘部分由S1-S16组成，以4×4矩阵的形式构成，其功能依次代表0-9之间的数字，时间显示按键、分钟设置按键、切换按键、去皮、清零、计算按键等。通过这些按键可以称出物体的重量，计算出物品价钱。

2　系统软件设计

本文所设计的基于单片机电子秤的软件系统采用模块化结构，软件系统由主程序与子程序共同组成，在系统子程序中包括毫秒级延时子函数、软件滤波子程序以及LED显示子函数。在单片机通电之后，系统会自动进行初始化。在系统运行中，会调用各种函数，对系统进行标准定义以及调零，通过LCD子函数来对数据传送的地址进行显示。

在软件系统中，压力传感器比较容易受到外界因素的影响，许多外在条件都会影响其测量精度，在设计时需要避免造成误差的原因，将采集到的数据以10个为单位进行叠加，计算出平均值，将每次得到的数据替换已有的数据，对平均值进行重新计算，最终得到显示到真实值。

3　系统测试

测试环节是系统开发与设计的重要环节，能够证明系统运行的稳定性。在对基于单片机电子秤进行测试时，需要一组标准砝码作为基准，依次增加砝码的质量，确保砝码的重心在测试区的中心位置。屏幕上的显示数值稳定之后，对显示值进行记录。经过多次测量并对数值进行记录，砝码由轻到重连续增加。为了避免对传感器造成误差，需要确保电子秤水平方向必须牢固。