淺談電子秤的工作原理和設計流程

唐保林

摘 要：電子秤在日用超市和零售行業運用較為普遍，具有簡單便攜的承重、計價和顯示功能，屬于電子衡器的概念范疇。本文重點討論了電子秤的工作原理和設計流程，包括對其中所運用的計算機技術、電子信息技術和數字通信技術進行系統理論說明。

關鍵詞：電子秤；工作原理；設計流程

稱重器具自古以來就是與社會生活息息相關的實用性工具，從廣為熟知的杠桿秤砣到如今的智能電子秤，無論是測量精度還是人工操作上，都有了極大的優化，這其中離不開計算機技術、電子信息技術和數字通信技術的迅猛發展，同時也是科技改變生活的集中體現。

1 電子秤的基礎理論概述

電子秤的研究設計及應用基于電子衡器理論誕生之后，我國的電子衡器的起源要追溯到20世紀50年代，當時主要采用的電子信息組件是稱重傳感器，在工業逐漸興起的時代契機下，各行各業都希望讓原本機械化的衡器操作逐漸向自動化方向發展，以節省大量的人工成本，隨后電子衡器在實際交易過程中逐漸被精化細化，在設計過程中加入電子傳感器、單片機、轉換器、信息處理芯片等現代電子信息理論的內容，直至現在市場上功能全面的電子秤的出現。

電子秤在結構組成上主要分為3部分，其一是承重、傳力復位系統；其二是稱重傳感器；其三是測量顯示和數據輸出的載荷測量裝置。通俗來講，承重、傳力復位系統就是電子秤外觀上秤盤的部分，其主要功能是聯合轉換元件，對被稱物體進行重力傳輸，具體配置有承載器、秤橋結構、吊掛連接部件和限位減振機構等。稱重傳感器也是一種轉換元件，但是它是將非電量轉換成電量的過程，其中非電量就是秤盤上物體的重量，一般通過磁彈性效應或壓電、壓阻效應產生信號，送往下一部位進行處理。最后的測量顯示和數據輸出的載荷測量裝置就是處理上一部位傳送過來的信號的中樞機構，往往是以電子線路的形式組成，利用的技術是微電子信息處理技術，進行前置放大、過濾、運算、變換、計數、寄存、控制和驅動顯示等功能。當然，如今的電子秤越來越智能化，出現了去皮承重、金額累計和超限報警等功能，但其實質上只是在原來基礎機構上增加了更為復雜的電子處理器后的效果。

2 電子秤的工作原理分析

從上述對電子秤基本理論的概述中，其實不難分析出其工作原理，電子秤在電子信息設備中，也是屬于工作原理較為簡單的一種。我們通常在電子秤上放入被稱物體，被稱物體因為自身重力產生秤盤所受的壓力，而秤盤及其周邊部件實際就是一個承重、傳力復位系統，可以將壓力以儀表測量的方式轉換成電壓信號，其基本原理是壓電、壓阻效應，隨后就是通過前端信號處理電路進行準確的線性放大，信號放大的主要作用就是減少誤差，被放大的電壓信號會經過A/D轉換電路，這個電路的主要作用是將非電量信號轉換成電量信號，最后經過整個電子系統的主控部件——單片機，單片機是具備數據處理和運算的獨立單元，可以將接收的信息編譯成驅動程序的代碼，來實現數據顯示、超限報警和自動計價等諸多功能，這就是具有普適性的市場上電子秤內部工作原理。

3 電子秤的設計流程簡介

電子秤的設計流程細致地劃分有五步，第一步是總體方案的提出和設定，第二部是硬件選型，第三步是硬件設計，第四步是軟件設計，最后一步是系統調試。

總體方案的設定過程中，需要對所設計的產品進行清晰的功能定位，然后繪制系統工作的流程圖，一般同樣的功能有多種設計方法，最后根據可行性判斷來確定最適合的方案。筆者通過閱讀多種電子秤的設計方案，發現存在一定的共性，那就是所有方案中基本都會有數據采集、單片機和數碼顯示這3部分。當然，在此基礎上，部分方案中添加鍵盤輸入的設計，用來實現電子秤的計價功能，還有的方案中添加LCD顯示、鍵盤控制和超限報警等，也是為了實現不同的功能。筆者認為，好的方案設計不在于功能多強大，而在于實際生產的低成本、實際操作的簡便性和實際應用的人性化，這樣生產出來的產品才會有用武之地，以至可以得到很好的推廣效果。

硬件選型是緊跟著方案設定的第二步，電子秤的主要硬件是單片機、傳感器、A/D轉換器等，這些硬件的選擇一定要符合方案設定的要求，同時也要符合實際應用的需要。比如單片機，相當于電子秤的“大腦”，在選型上需重視不同型號對計算機技術和測量控制技術有機結合的難易程度，再比如傳感器，常見的選擇是電阻應變式，原因是其成本比較低，具有很高的精度和很好的穩定性，現有的工藝條件也能滿足，其他硬件的選擇也是類似這個道理。

硬件設計是在硬件選型完成的基礎上，對硬件與電路進行搭建的過程。比如用典型的橋式電路搭配稱重傳感器，來實現重力信號轉換成電壓信號的過程，接著在單片機之前搭配 A/D轉換電路，將模擬信號轉換成數字信號，進入單片機控制電路。當然，還有其他的鍵盤電路和顯示電路等。

電子秤的軟件設計是利用C語言代碼使整個系統進行模塊化運作的過程，具體的代碼較為復雜，且不同電子秤代碼都不一樣。我們姑且從設計思路上進行簡要介紹，首先是通電啟動，系統進行初始化，接著放入被稱物品，如果有重量感應即進行下一步，反之繼續初始化，具有重量感應的下一步是顯示重量，接著通過人工鍵盤輸入單價，隨后自動進行內部運算，顯示最后的總價。

最后的系統調試階段，是總結反饋和查漏補缺的過程，因為電子秤的原理和設計過程相對簡單，所以一般在系統調試的時候，發生程序錯誤的概率較小，往往設計者只是對外觀和反應速度進行觀察，當然，如果發生程序錯誤，還是得仔細分析原因，尋求改正。

4 結語

目前，電子秤逐漸從市場交易工具向家居用品行業發展，比如很多減肥者經常使用的微型體重秤，其實質上是電子秤在量程、外觀和智能化方向上的改進，這也是電子科技高速發展的體現，同時也預示著電子秤技術的應用范圍是開放的，有很多研究創新的潛力，值得廣大專業人士踴躍嘗試。

參考文獻

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（作者單位：長江大學電信學院）