隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各種新興商品層出不窮，商品種類(lèi)增多，度量工具有時(shí)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)稱(chēng)量功能的，雖然作為度量工具的各種設(shè)備在不斷的完善和改進(jìn)，但是傳統(tǒng)的度量工具，如桿秤、盤(pán)秤等還是存在著一些弊端和問(wèn)題，如度量不夠精確、效率低，還有一點(diǎn)就是容易被不法商販作手腳，欺騙消費(fèi)者，謀取非法的利益，而電子秤的出現(xiàn)就很好的避免了這些問(wèn)題，本文對(duì)單片機(jī)的多功能電子秤的設(shè)計(jì)進(jìn)行討論和研究。

電子秤是我們生活中經(jīng)常要用到的一種方便、稱(chēng)量精準(zhǔn)的工具，被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、超市、集貿(mào)市場(chǎng)以及零售業(yè)等公共場(chǎng)所。它的原理是通過(guò)以單片機(jī)來(lái)控制中心單元，由傳感器進(jìn)行重量的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，再通過(guò)鍵盤(pán)輸入和顯示屏幕輸出、軟件計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確稱(chēng)重。它對(duì)人們的生活影響越來(lái)越大，受到廣大商戶和普通百姓的歡迎。

一、電子秤工作原理

要進(jìn)行電子秤設(shè)計(jì)研究，就要從電子秤的工作原理說(shuō)起。電子秤中的壓力傳感器的作用是非常重要的，通常情況下壓力傳感器常采用電阻應(yīng)變式，傳感器在這里充當(dāng)媒介的作用，即通過(guò)傳感器將需要稱(chēng)量物品的重力轉(zhuǎn)變成電壓輸出，經(jīng)放大器放大電壓過(guò)后，再經(jīng)過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換電路將電壓變化的信息轉(zhuǎn)變成相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，之后由單片機(jī)完成最后的數(shù)據(jù)計(jì)算處理任務(wù)，數(shù)據(jù)處理之后在經(jīng)由顯示電路顯示出稱(chēng)量重物的物重信息。

二、系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)考慮

現(xiàn)實(shí)生活中，臺(tái)式電子秤使用相對(duì)較為普遍，但它的局限性也大，成本高，體積大，攜帶不便等等都是需要改進(jìn)的方面。鑒于此，我們對(duì)電子秤的設(shè)計(jì)主要思路是：利用壓力傳感器來(lái)采集因?yàn)閴毫ψ兓a(chǎn)生的電壓信號(hào)，然后再通過(guò)放大電路進(jìn)行放大，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最后再將數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換器。單片機(jī)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理后，則將當(dāng)前物品的重量和金額顯示出來(lái)。按照國(guó)際法制計(jì)量組織的規(guī)定，我們的設(shè)計(jì)精度為Ⅲ級(jí)，電源AC220V，稱(chēng)重范圍0 到600g，分度值1kg。這種設(shè)計(jì)精度高，體積小，攜帶方便，能夠滿足廣大商貿(mào)和家庭的使用需求。

按照設(shè)計(jì)需要，電子秤由五個(gè)部分組成：控制器、測(cè)量稱(chēng)重、數(shù)據(jù)顯示、鍵盤(pán)和電源組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下圖所示：

本設(shè)計(jì)必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，因?yàn)橐詥纹瑱C(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)可以將計(jì)算機(jī)技術(shù)和稱(chēng)量控制技術(shù)很好的結(jié)合在一起，而且組成新型的只需要改變相應(yīng)的軟件程序即可實(shí)現(xiàn)“智能化稱(chēng)量控制”。我們選用的是 STC 公司的 12 系列單片機(jī)，STC12C5A60S2，它內(nèi)部還帶有60KB 程序存儲(chǔ)器和8 路10 位A/D轉(zhuǎn)換器，基本上滿足了我們的需要。（引腳圖略）

三、數(shù)據(jù)采集

在智能電子秤的控制系統(tǒng)中，除了要有基本的控制和執(zhí)行單元外，還要有反饋部分。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，數(shù)據(jù)采集是最為重要的。

1. 傳感器的選擇

傳感器在設(shè)計(jì)中是一個(gè)非常重要的元件，本設(shè)計(jì)采用 SP20C-G501 電阻應(yīng)變式傳感器。稱(chēng)量傳感器選用S 型梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計(jì)，如此設(shè)計(jì)具有過(guò)載保護(hù)裝置?；菟沟孰姌蚩梢砸种茰囟茸兓挠绊?，補(bǔ)償方便，所以該傳感器受外界影響小，精度高，工作穩(wěn)定，使用最為廣泛。

2. 放大電路的選取

稱(chēng)量傳感器輸出的電壓振幅在0 到20mV，A/D 轉(zhuǎn)化的輸入電壓為0～2V，所以放大環(huán)節(jié)就要有100 倍左右的增益。通常對(duì)放大環(huán)節(jié)的要求是可調(diào)的，我們這個(gè)設(shè)計(jì)只需要按照實(shí)際情況選擇 100 倍即可。零點(diǎn)和增益的溫度漂移和時(shí)間漂移非常小，這樣可

以保證放大環(huán)節(jié)對(duì)零點(diǎn)漂移的要求，對(duì)于殘余的一點(diǎn)漂移可借用軟件的自動(dòng)零點(diǎn)跟蹤來(lái)很好的解決。穩(wěn)定的增益量保證了負(fù)反饋電路的穩(wěn)定性，并且要選用較高阻值的電阻和多圈電位器。

3. 電子秤軟件設(shè)計(jì)分析

C 語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上非常流行，它既可以用來(lái)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序，也可以用來(lái)編寫(xiě)一般的應(yīng)用程序。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)更是如此，C 語(yǔ)言是當(dāng)前最流行的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它像其他高級(jí)語(yǔ)言一樣，面向用戶，面向解題的過(guò)程，編程者不必熟悉具體得及損及內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令，C 語(yǔ)言又像匯編語(yǔ)言一樣可以對(duì)機(jī)器硬件進(jìn)行操作。

4. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)規(guī)劃

該系統(tǒng)使用的STC12C5A60S2 單片機(jī)的外圍電路很簡(jiǎn)單，只需要加上晶振電路和電源就可以工作。傳感器的放大電路由兩級(jí)組成，前級(jí)可設(shè)計(jì)兩個(gè)同樣比例的運(yùn)算電路，后級(jí)采用差動(dòng)比例運(yùn)算電路，前級(jí)的對(duì)稱(chēng)性會(huì)直接影響到后級(jí)的共模抑制比，根據(jù)元器件所存在的一些誤差，設(shè)計(jì)的時(shí)候要采用多圈精密可調(diào)電阻。下面來(lái)說(shuō)一下系統(tǒng)應(yīng)用程序的組成和設(shè)計(jì)：

本設(shè)計(jì)可用C 語(yǔ)言完成，編譯環(huán)境推薦使用keil UV3。軟件系統(tǒng)主要有三個(gè)方面，第一初始化系統(tǒng)；第二按鍵檢測(cè)；第三進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，并顯示。這三個(gè)方面的程序在主程序中完成。采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，易于編寫(xiě)和調(diào)試修改。

四、系統(tǒng)測(cè)試及總結(jié)

1. 系統(tǒng)測(cè)試方案

msp430 采用 TI MSP430 LunchPad 最小系統(tǒng)板，不必進(jìn)行測(cè)試。對(duì)ISD1760 語(yǔ)音模塊測(cè)試，焊接了由STC89C51RC（調(diào)試及錄音用）與 ISD1760 芯片組成的語(yǔ)音板，利用上位機(jī)軟件進(jìn)行了

ISD1760 器件復(fù)位，上電，錄音，獲取錄音地址，播放錄音等調(diào)試，以便將SPI 通信移植到MSP430 上。系統(tǒng)整體硬件連接實(shí)物圖如

上圖6 所示。

2. 項(xiàng)目總結(jié)

經(jīng)過(guò)多次 20kg 以下重物稱(chēng)重測(cè)試，該系統(tǒng)重復(fù)稱(chēng)重精度能達(dá)到III 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，液晶顯示功能正常，語(yǔ)音播報(bào)及時(shí)準(zhǔn)確，較好的達(dá)到了預(yù)期效果。存在的不足是傳感器有時(shí)信號(hào)傳遞不穩(wěn)定，稱(chēng)重誤差較大。如果改用高精密度的傳感器，效果定會(huì)明顯改善。

該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，硬件選配合理，價(jià)格低廉，且易于擴(kuò)展。軟件部分加入了人性化設(shè)計(jì)，如超重報(bào)警，語(yǔ)音播報(bào)等特色功能，智能化、自動(dòng)化程度較高。同時(shí)該系統(tǒng)可擴(kuò)展性較強(qiáng)，通過(guò)對(duì)軟硬件的修改或擴(kuò)展，如添加鍵盤(pán)等，即能設(shè)計(jì)出富有特色的計(jì)價(jià)秤、電子臺(tái)秤等，因此具備一定的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。