基于AT89S52單片機的雙精度電子稱設計

靳 姍

（山西機電職業技術學院，長治 046011）

1 系統總體設計

單片機具有成本低、功耗低、體積小、運算功能強和技術成熟等優點，常用作較簡單功能系統的控制核心。本文采用AT89S52單片機作為該電子秤的控制核心。當把物體放到秤盤上時，壓力傳感器產生形變，對應阻值發生改變，其構成的電橋電路輸出電壓改變，并輸出一個隨物體重量不同而變化的模擬信號。此信號經過濾波、放大、A/D轉換處理后，傳輸到AT89S52單片機的控制單元內，按照編寫的程序要求將鍵盤的輸入和輸出數據進行顯示，并對超重等情況進行報警。

2 電路設計

該電子秤電路設計主要包括五大模塊，即重量采集模塊、信號處理模塊、鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊和報警模塊。

2.1 重量采集模塊

常用稱重傳感器有效量程在20%～80%時測量誤差在±0.01kg。通過查找相關資料發現，測量范圍在幾十千克、振動不大的場合，L-PSIII型傳感器精度高，具有過載保護裝置，最大量程為20kg，精度為0.01%，滿量程時誤差為0.002kg；由組合式S型梁結構及金屬箔式應變計構成的SP20C-G501，具有過載保護裝置，最大量程為7.5kg，精度為0.05%，滿量程時誤差為0.01kg。為保證電子秤稱量結果的準確性，克服傳感器在低量程段線性度差等缺點，在稱重0～2kg的物品時，人們可以選用L-PSIII型傳感器構成稱重電路；在稱重2～10kg的物品時，可以選用SP20C-G501電阻應變傳感器構成稱重電路。

考慮到惠斯登電橋具有抑制溫度變化、抑制干擾、補償方便等優點，人們可以利用上述電阻應變式傳感器組成四臂電橋（全橋）電路，實現壓力信號的采集。

電阻應變式傳感器在稱重傳感器中應用最為廣泛，其中應變片是稱重傳感器的核心部件，彈性元件是其基礎組成部分。當彈性元件受力發生形變時，應變片上粘貼的敏感柵發生變形，傳感器的阻值發生相應的變化，經信號處理電路后轉為電壓或電流的變化，其輸出電壓信號由式（1）給出。

2.2 信號處理模塊

由于壓力傳感器的輸出電壓信號均在0～20mV，而A/D轉換器的輸入電壓要求在-2～2V，因此要求運算放大器的放大倍數至少達到100倍。考慮到INA126具有靜態電流小、電源范圍寬、外接元件少、功耗低、精度高、自動校零等特點，只需調節外接電阻RG就可實現5～10000范圍內的任意增益。

在實際測量中，檢測到的電壓信號是連續變化的模擬量，而單片機只能接收數字信號，需將模擬量轉換為數字量，即A/D轉換模塊。考慮到AD574轉換器具備外接元件少、功耗低、精度高、自動校零、自動極性轉換、外接阻容件少等特點，經計算，其精度為5/2048=0.0024，遠遠小于誤差±0.005，并且價格明顯低于其他同類產品（如MAX197）。

2.3 鍵盤控制模塊

單片機利用掃描式方法判斷有無按鍵按下，即CPU在規定的周期內，通過掃描每個按鍵數據線上有無信號的方式判斷該按鍵是否被按下。本文設計的電子秤需要設置輸入常用的十進制數字，還需具備復位、清零、確認、刪除等常用功能，因此共需設計16個按鍵。考慮到所選用AT89S52單片機的數據引腳問題，同時擴展式鍵盤——矩陣式鍵盤具備連接較少數據線即可產生多個按鍵，比如3×3的矩陣鍵盤就可產生9個按鍵，但只需6根數據線。因此選用矩陣式4×4的鍵盤，即可完成16個按鍵的輸入。

2.4 數據顯示模塊

顯示器是人機交換的重要部分，它可以將信號轉換電路輸出的數據經CPU處理后直觀地進行顯示。由于LED數碼管顯示，不僅需要動態掃描，還需借助74LS164移位寄存器進行移位，考慮到存儲時麻煩易出錯，選用LCD1602液晶顯示器，用來顯示物品信息、價格等。

2.5 報警模塊

智能稱重儀器一般都具有報警和通信功能，當出現稱重系統運行錯誤、重量超出測量范圍或超出用戶設置的上下限等情況時，及時提醒用戶。在本系統中，設置報警功能的目的就是為防止儀器損壞，當不在電子秤測量范圍內時，發出聲光報警信號，提示用戶。

3 軟件設計

為了方便程序編程與調試，軟件設計采用自上而下、模塊化、結構化的設計方法，將編程步驟細分，確保每個功能模塊相互獨立、能完成一個明確的任務以實現對應的功能。C語言作為一種通用的計算機程序設計語言，本文所有程序均采用C語言編寫，包括主程序、A/D轉換子程序、鍵盤掃描子程序、液晶顯示子程序、軟件驅動程序、報警子程序等。具體設計思路：經初始化子程序后，通過壓力傳感器及信號處理電路獲得物體重量，通過鍵盤輸入物品單價，由此單片機經數據處理后計算得到總價（=單價×物體重量），實時顯示十進制的物重、單價及總價。當采集的物體重量低于最小設定值或超出最大設定值時，蜂鳴器和指示燈發出報警信號。

4 電子稱工作原理

電子稱工作原理圖，如圖1所示。

圖1 電子稱總電路圖及仿真運行

5 結語

該雙精度電子秤主要是針對中小型市場中常用的稱重衡器無法滿足同時能稱重微量物品和較重物品而設計的。稱重系統啟動后，單片機控制芯片可依據重量參數自動選擇壓力式傳感器，經過A/D轉換、數據處理后，在液晶屏上直觀顯示物品重量、單價、總價等信息，并可通過鍵盤調價，以達到商品稱重的自動化、數字化和智能化。