电子秤指导书

智能电子秤实验指导书

一设计要求

1.1设计任务

本题目最好采用广州周立功单片机发展有限公司赞助提供EasyARM2103主机板为主

控器，设计并制作一个多功能电子计价秤。

图1.1 系统框图

1.2制作要求

1.2.1基本部分：

（1）能用键盘设置单价，称重后能同时显示重量、单价和总额；

电子计价秤：最大称重为15.000公斤，重量误差不大于±0.1％；

（2）具有数码显示，显示重量、单价、总额等信息。

a.重量显示为5位数码，单位为公斤，最大重量显示值为99.999公斤；

b.单价金额显示为5位数码，单位为元，最大单价金额显示值值为999.99元；

c.总价金额显示为6位数码，单位为元，最大总价金额显示值值为9999.99元，总

价金额误差不大于0.01元；

（3）具有去皮功能和总额累加计算功能；

（4）能预存10种商品的单价；可以随意调出使用；

（5）测量并显示环境温度，温度测量误差不大于1℃；

（6）自制可以连续可调高稳定度0-2V直流电源，用于模拟称重传感器输出的称重信号源。采用0-2V模拟0-20kg称重；

（7）制作工艺。

二 系统设计

根据题目要求，该多功能电子计价秤，包括控制模块、键盘模块、、显示模块、打印模块、实时时钟模块、温度测量报警模块和存储模块、AD 转换模块。系统的总体结构框图如图

2.1所示。

图2.1 系统总体布局框图

系统的各模块中，除了微控制器模块已经确定用周立功公司赞助的PHILIPSLPC2103外其余模块还需要我们论证比较不同的设计方案。

2.1称重传感器的原理及选用

题目要求称重范围15.000Kg ，重量误差不大于0.015Kg ，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重—15Kg 。我们选择的是L-PSIII 型传感器，量程20Kg ，精度为%01.0，满量程时误差 0.002Kg 。可以满足本系统的精度要求。其原理如图2.2所示：

图 2.2 称重传感器原理图

称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥。当弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程，输出信号电压可由下式给出：

Ein R4R4R3R3R2R2R1R1)42(42E ∙⎪⎭

⎫ ⎝⎛+++∙+∙=△△△△R R R R out ，各组成部分的原理如下： (1)电阻应变片

电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K 。下面介绍的是它的意义。

设有一个金属电阻丝，其长度为L ，横截面是半径为r 的圆形，其面积记作S ，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R ： R = ρL/S （Ω） （2—1）

当他的两端受F 力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL ，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr 。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ，对式（2--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：

ΔR = ΔρL/S + ΔL ρ/S –ΔS ρL/S2

（2—2）

用式（2--1）去除式（2--2）得到

ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （2—3） 另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr ，所以

ΔS/S = 2Δr/r （2—4）

从材料力学我们知道

Δr/r = -μΔL/L （2—5）

其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（2—4）（2—5）代入（2--3），有

ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L

=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L

= K *ΔL/L (2--6)

其中K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） (2--7)

式(2—6)说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在

1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。

(2)弹性体

弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变电信号的转换任务。以SB系列称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。

肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式

ε = （3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/ （B（H3-h3）+bh3）（2--8）

其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。（3）检测电路

检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。