基于單片機的稱重儀設計

吳楠++彭森

摘 要：本設計是基于單片機的稱重儀，它的硬件電路設計包括單片機最小系統、A/D轉換器、稱重傳感器、語音電路、LED顯示電路、±5V穩壓電源電路等幾部分設計內容。其中壓力傳感器輸出響應的模擬電壓信號，經過模/數轉換（A/D變換）后就得到數字量D。 但是，數字量D并不是重物的實際重量值W，W 需要由數字量D在控制器內部經過一系列的運算——即數據處理才能得到。整個設計系統由Atmel公司生產51系列89S51單片機進行控制；軟件實現功能開機檢測，主要是開機后自動逐個掃描LED數碼管，以防止某段數碼管損壞造成視覺誤差；出于人性化考慮我們還可以增加語音電路，實現自動語音播報重量。

關鍵詞：單片機；稱重儀；A/D轉換器

1 引言

隨著自動化測試技術的發展，傳統的稱重系統在功能、精度、性價比等方面已難以滿足人們的需要，尤其在智能化、便捷式、對微小質量的測量方面更顯得力不從心。筆者采用以AT89S51單片機為控制核心，結合高敏度的電阻式應變式壓力傳感器和高精度的A/D轉換器，設計稱重系統的總體結構及軟件、硬件。實現物體質量、控制及顯示報告的電氣化與智能化。

在工業現場和環境中干擾源是各種各樣的，如噪音干擾、工頻干擾等，抗工頻干擾能力成為衡量電子衡器性能的重要指標。為了具備這一性能，市場上的電子衡器的電路普遍較復雜，相對地，成本也較高。而本產品電路簡單，成本低，抗工頻干擾強，具有很好的推廣價值。

2 工作原理

電子秤的工作原理以電子元件：稱重傳感器，放大電路，AD轉換電路，單片機電路，顯示電路，通訊接口電路，穩壓電源電路等電路組成。當物體放在秤盤上時，壓力施給傳感器，該傳感器發生形變，從而使阻抗發生變化，同時使用激勵電壓發生變化，輸出一個變化的模擬信號。該信號經放大電路放大輸出到模數轉換器。轉換成便于處理的數字信號輸出到CPU運算控制。CPU根據程序將這種結果輸出到顯示器，直至顯示這種結果。

3 電源電路

本時鐘電源采用整流濾波電路和三端穩壓電路LM7805和LM7905。LM7805CT芯片輸入端電壓約為9V，輸出端電壓為5V，LM7905芯片輸入端電壓約為-9V，輸出端電壓為-5V，輸入端和輸出端的壓差絕對值都應大于2.5V ，否則會失去穩壓能力。同時考慮到功耗問題，此壓差又不易太大，太大則增加7805與7905本身的功率消耗，增加芯片的升溫，不利于安全。根據變壓器副邊電壓與經過濾波后輸出電壓關系可知，副邊電壓約為±9V，據此確定變壓器原副邊匝數比這樣即可得到系統所需要的±5V電源，電源設計圖如圖1所示。

4 前級放大器電路設計

稱重傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器要求很高。 我們已考慮可以采用第三種方案。所采用的專用儀表放大器我們選用 INA126，其接口如圖2所示：

5 稱重儀的系統總體框圖

系統總體框圖如圖3所示。信號采集部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設計為電壓信號），而后經處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送A/D轉換器，將模擬量轉化為數字量輸出。控制器部分接受來自A/D轉換器輸出的數字信號，經過復雜的運算，將數字信號轉換為物體的實際重量信號，并將其存儲到存儲單元中。控制器還可以通過對擴展I/O的控制，對鍵盤進行掃描，而后通過鍵盤散轉程序，對整個系統進行控制。數據顯示部分根據需要實現顯示功能。電路電源部分主要是為電路提供穩定方便的電源，將工頻電壓直接轉換成所需的±5伏電壓。報警部分只要是在超重時對使用者發出警告聲。

6 結論

此次系統以單片機AT89C51為控制部件，稱重儀模擬信號為輸入信號 ，通過前級放大器，雙積分A/D轉換器，把轉換后的BCD碼送入AT89C51中進行數據處理，最后在數碼管上顯示.系統的精度基本達到了要求。由于實驗室提供的電容精度不夠高，導致系統具有一定的浮動誤差，若把放大模塊中的電容換成高精度的電容，系統的精度也必然會提高。 本次設計的主要技術指標主要有以下四點：稱重范圍0～5KG、分度值0.01KG、精確度0.01KG、LED顯示。其中在實現電路功能中主要存在的問題就似乎稱重的分度值和精確度，涉及到信號護理、轉換和放大等許多方面。其外觀通過LED顯示所有數據結果。不足之處是：鍵盤輸入的價格方面存在一定的缺陷，更改價格比較繁瑣。鑒于這種情況可更改為16X16的矩陣鍵盤，這樣就可以解決這一問題。從而達到了本次設計的最終目的，既鍛煉了實際的動手操作能力，同時達到了經濟實用的要求。

參考文獻

[1]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計[M].北京：航空航天大學出版社，2001

[2]劉守義.單片機應用技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004

[3]蔡美琴.MCS—51系列單片機系統及其應用[M].北京：高等教育出版社，1999

[4]陳明熒.8051單片機基礎教程[M].北京：科學出版社，2003

[5]李建忠.單片機原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003

[6]胡學軍.單片機與控制技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004

[7]張國香.電子電路問答[M].北京：機械工業出版社，2005

作者簡介

吳楠，邵陽學院信息工程系電子科學與技術專業學生。

通訊作者（指導老師）

彭森，邵陽學院信息工程系教師。