电子秤实验报告

便携式电子秤的设计实现

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摘要

手提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。是家庭购物使用的首选。本次实验目的在于:通过对便携式电子秤的设计与制作,了解电阻应变片的工作原理,掌握其使用方法;掌握数码显示电路的设计使用方法;掌握模数转换器、仪用放大器的使用方法；掌握电子电路系统设计的基本方法，培养提高综合利用多学科相关知识进行初步工程设计与实际装调系统电路的能力。本次便携式电子秤设计采用箔式电阻应变片E350~ZAA作为传感器，将力信号转换为电压信号，差动电路采用INA114来放大微小电压信号，转换电路采用双积分A/D转换器ICL进行A/D转换，显示电路采用LED数码管。最终实现了将被称重物体的质量显示在数码管上的功能，称重范围为2kg以内，单位为g。经过最终测量，所设计制作完成的电子秤称重最大绝对误差为5g，

关键词：便携式；电子秤；应变片；7107

一、设计选题及设计任务要求

设计选题：便携式电子秤的设计实现

任务与要求：

设计一个LED数码显示的便携式电子秤，要求如下

1．采用电阻应变式传感器

2．称重范围为0 ~ 2kg

3．测量精度：不低于20克

二、方案设计与论证

设计方案：

方案一：基于单片机的便携式电子秤

1）原理框图

图1-1 基于单片机的便携式电子秤原理框图

2）系统设计思路、工作原理及单片机程序流图

称重传感器根据压力的变化提供相应的线性变化的电信号，该电信号经过高精度差动放大器放大。输入给双积分型模数转换器。转化为数字信号，数字信号可直接由单片机以串行方式读入。

单片机选用STC89C52型单片机，P0口定义为输出口，其中P0.0~P0.6输出要显示数据的段码。P1口中的P1.0~P1.3也定义为输出，显示输出数据的位码。显示器用动态扫描。

3）该设计方案优缺点

a.优点：该系统采用了单片机作为显示模块的驱动电路，具有较好的系统扩展性，在显示压力的同时，还可以通过单片机的其他管脚输出信号以达到的功能的扩展。例如，在平时日常使用外，也可以作为工程应用中显示及反馈模块，通过对压力测量进行阈值的设定，来判定是否对系统的输入进行修正。

b.缺点：

系统的组成模块相对较多，在进行系统调试时可能会出现较多问题，也提高了系统的成本。并且单片机的编程时将会需要大量的时间，对系统的标定比较困难。不适合仅仅应用为日常生活。

方案二：基于普通A/D转换器及编码器的便携式电子秤

1）原理框图

图1-2基于普通A/D转换器及编码器的便携式电子秤原理框图

2）系统设计思路、工作原理

压力传感器实现压电转换，将压力转换为电信号。经过高精度差动放大器放大后。输入给模数转换器，转化为数字信号,由该数字信号控制编码器的编码，从而控制数码管显示。

3）设计的优缺点该

a. 优点：每个模块的功能单一，且没有复杂的编程问题。在整个系统进行调试时，可以比较方便的对每个模块进行测试，能够迅速找到出现问题的模块。比较容易制作。

b. 缺点：使用的芯片较多，信号的噪声较大，且数码管与编码器的电路比较繁杂，在实际焊接中容易出现问题。

方案三：基于普通ICL7107的便携式电子秤

1）原理框图

图1-3 基于普通ICL7107的便携式电子秤原理框图

2）系统设计思路、工作原理

压力传感器实现压电转换，将压力转换为电信号。经过高精度差动放大器放大后。输入给模数转换器，从而控制数码管显示。

3）该设计的优缺点

a. 优点：每个模块的功能单一，且没有复杂的编程问题。ICL7107可直接驱动数码管，在整个系统进行调试时，可以比较方便的对每个模块进行测试，能够迅速找到出现问题的模块。比较容易制作。

b. 缺点：功能单一，仅能作为日常生活使用。不可有其他的功能扩展。

方案论证：

方案介绍中时已经对每个方案的优劣进行了阐述。通过下表对每种方案的突出特点进行比较。

表1-1 各方案突出特点比较

制作难易成本功能扩展

方案一制作困难高扩展能力强，可用于其他领域

方案二模块较多电路发

杂但易于检查

中功能单一

方案三模块最少，电路简

单，易于检查

低功能单一

综述：

鉴于本实验仅要求实现一个普通功能的电子秤，没对其有更高的要求，所以方案一并不是十分合适，它的制作流程过于复杂，难以调试，且成本较高。所以这里并不采用方案一。

对于方案二，它的电路连接与方案三相比较为复杂。且功能模块也较多，没有方案三易于调试。成本也相对较高。这里也不采用。

综上所述，本次实验选择实验三为最终的设计方案。

三、单元电路设计与分析

1.测量电路：

电阻应变式传感器可将被测物理量的变化转换成电阻值的变化 , 再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的变化。在这里，我们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心。并应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度。（1）电阻应变式传感器的组成以及原理：

电阻应变式传感器简称电阻应变计。当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得重力、变形、扭矩等机械参数

（2）电阻应变式传感器的测量电路：

图2-1电阻应变式传感器的测量电路