电子秤课程设计

【设计题目】:基于单片机的电子秤设计

【设计要求】：

（1）设计一款电子秤，用LCD液晶显示器显示被称物体的质量（2）可以设定该秤所称的上限

（3）当物体超重时，能自动报警

【设计过程】

1.【方案设计】

1.1电子秤的组成

1.1.1电子秤的基本结构

电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电了秤均由以下三部分组成：

(1)承重、传力复位系统

它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。

(2) 称重传感器

即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。

(3) 测量显示和数据输出的载荷测量装置

即处理称重传感器信号的电子线路（包括放人器、模数转换、电流源或电

压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。

1.1.2电子秤的工作原理

当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模／数( A/D)器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各功能开关，根据键盘输入容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。

1.2本设计思路

本设计的主要思路是：利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量，然后显示出来。主要技术指标为：称量围0～600g，分度值1kg，精度等级III级，电源AC220V。

2.【器件选择】

按照本设计功能的要求，系统由5个部分组成：控制器部分、测量部分、数据显示部分、键盘部分、语音提示部分和电路电源部分，系统设计总体方案框图如图1所示。

图1设计思路框图

测量部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送单片机中的A/D 转换器，将模拟量转化为数字量输出，控制器接受来自A/D 转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数宁信号转换为物体的实际重量信号，并将其送到显示单元中。

2.1控制器部分

本设计使用单片机作为系统的主控制器。根据总体方案设计的分析，设计这样一个简单的的系统，可以选用带A/D 转换器的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储存片，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。在这里选用STC 生产的STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2与MCS-51相比有如下优势：

第一， 指令集与MCS-51系列单片机完全兼容。

第二， 片存储器采用闪速存储器，并且支持SPI-ISP 在线编程，使程序写入更加方便，提高了调试效率，缩短了开发周期。

第三，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。

第四，单指令周期，运行速度高。

第五，自带上电复位电路，可减低单片机外围电路的复杂程度。

第六，置8路10位高速A/D转换，转换速度25万次/秒。

STC12C5A60S2部带有60KB的程序存储器，并且带有8路10位精度的A/D转换器，基本上已经能够满足我们的需要。STC12C5A60S2单片机的引脚图如图2所示。

图2 STC12C5A60S2单片机的引脚图

2.2数据采集部分

电子秤的数据采集部分主要包括称重传感器、处理电路电路，因此对于这部

分的论证主要分两方面。

2.2.1传感器的选择

传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最人偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。根据设计需要，确定传感器的额定载荷为1Kg，允许过载为150%F.S，精度为0.05%，最大量程时误差±0.1kg，可以满足本系统的精度要求。

综合考虑，本设计采用SP20C-G501电阻应变式传感器，其最人量程为1Kg.该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秆的一次仪表。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图3所示。

图3 称重传感器原理图

2.2.2放大电路选择

由称重传感器的称量原理可知，采用转换电路，把应变计的△R/R变化转换成电

压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D转换器接收的信号。在前级处理电路部分，我们考虑可以采用以下几种方案：

方案一：利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路；

普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此种方案不宜采用。

方案二：主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；差动放人器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如OP07)做成一个差动放大器。

一般说来，集成化仪用放大器具有很高的共模抑制比和输入阻抗，因而在传统的电路设计中都是把集成化仪器放人器作为前置放人器。然而，绝人多数的集成化仪器放大器，特别是集成化仪器放大器，它们的共模抑制比与增益相关：增益越高，共模抑制比越大。

为了实现信号的放人，其设计电路如图4所示：