数字电子秤课程设计方案比较探究

陈凯强　杨天航　户佳豪

摘  要：本設计旨在用所学的数字电子技术的知识设计出一台简单的数字电子秤。电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便成成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宜等优点。其电路构成主要有运放电路，A/D转换模块，量程控制模块，译码驱动显示模块。其中我们将采用三运放大电路，主要的元件就是运算放大器。就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。本设计有电路更简单、结果更可靠和无需编程等优势，同时可大幅度降低元件成本。

关键词：电子秤;Multisim仿真;模数转换;压敏电阻

引言：

电子秤是日常生活中常用的电子衡器广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调整时间长，易损坏，维修困难，生产成本高。而且目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。

一、设计背景

电子称重技术是五六十年代发展起来的一门新兴技术。在我国发展比较晚，大约在80年代初才开始进入我国，随着计算机技术的普及电子称重技术在我国得到了长足的发展，在其在商业衡器领域电子秤的应用比例已达到7.7%，在工业计量领域电子称重技术也广泛应用于石油、化工、冶金、港口和码头、粮食等需定量包装的各个行业。

虽然我国的电子衡器水平有了相当的提高：但与发达国家相比，无论应用指标还是技术指标都有很大的差距，如国外的商用电子衡器的比例大约在80%以上，而我国目前仅7.7%，在高档次的电子称重产品中，如定量包装秤、配料秤、自动校检秤仍刚刚起步，水平尚待提高。

在称重的理论研究方面存在巨大的差异。据悉，近年国际上解决运动中和振动中的动态称重的问题，运用了工程动力学的称重原理与技术处理动态称重问题：突破了依赖静力场下力平衡的称重原理，相比之下我国在称重理论研究方面相当薄弱新材料，新技术的应用也同国外发达国家相比有很大的差距。在国际上衡器的发展几乎能与计算机技术、微电子技术同步发展，己向数字化和智能化方向发展，而我国还处于刚刚起步阶段。

二、总体方案设计

通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。

（一）方案比较

1、方案一

方案一原理框图如图1所示：

将物块置于压敏电阻片上，运放电路模块将放大不同的模拟信号输入A/D转换器，

经过转换后的数字信号将进入数值比较器，通过数值比较得出所称物块的重量，然后经过译码将所得数据输出到数码管，最终结果将显示在数码管上。

2、方案二

方案二原理框图如图2所示：

方案二的信号产生、输入和转换电路与方案一类似，不同之处在于用单片机代替了比较器，增加了专门的外部时钟源发生电路为单片机提供时钟信号，通过单片机运行编写的程序来输出物块的重量到OLED显示屏上。

（二）方案论证与选择

本文要求设计一个数字电子秤，其主要实现的是物品秤重功能，首先，经过带有压敏电阻的模拟电路产生模拟信号，通过运放将信号放大，再通过A/D转换为数字信号，接着对信号进行处理，最后输出重量数据。

两个方案均能实现该功能，但方案二在实现过程中使用元器件多，造成生产成本大，而且总体电路相对复杂，需要单独设计的时钟信号发生电路，对于数据的显示还需要对单片机进行编程，增加了工作量;方案一使用了元器件少，电路简单，成本较低，易实现，便于设计者理解电路结构，同时符合电子秤秤重的核心要求，能满足日常生活的需要，也价格合适。

综上所述，采用方案一来作为这次的设计电路。

参考文献：

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[2] 张琨英， 基于Multisim的数字电子技术应用研究[J]. 数字技术与应用，2020， 38（3）：198-199

[3] 梁美丽，陈立杰， 基于Protues仿真平台的电子称电路设计[J]. 应用实践， 2019， （3）： 6-7.16