电子秤设计与制作

目录

1设计的任务与要求 (2)

1.1 设计基本概述 (2)

1.2 设计要求 (2)

2.方案论证与选择 (2)

2.1 电子称的系统方案 (2)

3 压力传感器 (3)

3．1应变片 (4)

3．2惠斯通电桥 (4)

4.放大电路 (6)

5 A/D转换模块 (7)

6 LCD12864显示电路 (8)

7 系统电路总图及原理 (8)

8 总结 (8)

9. 创新创意设计以及后续开发

10．参考文献 (9)

附录A：元器件清单……………………………………………………………………１0

1设计的任务与要求

1．1 任务的基本概述

设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤，

电子秤的结构如右图所示。铁质悬臂梁固定在支架上，支架高度不大于40cm ，支架及秤盘的形状与材质不限。悬臂梁上粘贴电阻应变片作为称重传感器。

1.2要求

（1）电子秤可以数字显示被称物体的重量，单位克（g ）；

（10分）

（2）电子秤称重范围5.00g~500g ；重量小于50g ，称重误差小于0.5g ；重量在 50g 及以上，称重误差小于1g ； （50分） （3）电子秤可以设置单价（元/克），可计算物品金额并实现几种物品金额的累加；

（15分）

（4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过100g ； （15分） （5）其他。 （10分） （6）设计报告： （20分）

*说明

（1）铁质悬臂梁可用磁铁检验，悬臂梁上所用电阻应变片的种类、型号、数量自定。

（2）测试时以符合称重误差的砝码为重量标准。

应变片

2.方案论证

2.1 电子称的系统方案

电子秤系统方案： 电子秤的系统流程图：

被测物体→压力传感器→放大电路→AD 转换模块→51单片机（算法）←键盘

↓

LCD12864显示模块

基本思路：所测重量经过应变片变化转换为电阻变化，再经过测量电路转化为电压变化，经过放大电路放大调节后输出显示得到所需信号。经过对51单片机的编译，对所得信号进行运算处理，得到需要的结果并在LCD12864上显示。

MCU 的选择：

基于对成本的考虑，我们采用了价格低廉的编译空间大的STC12C5A60S2芯片。以便保存较多的中文字符组。使用C52将会出现ROM 口空间不够的情况。

3压力传感器

测量电路

电阻应变片把机械应变信号转换成电阻变化后，由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变计的电阻变化转换成电压或电流变化，以便于测量。具有这种转换功能的电路称为测量电路。

电桥电路是目前广泛采用的测量电路，常见的直流电桥电路如图2， 图2 直流电桥

电桥输出电压为

Uo= U （式1）

R1、R2、R3、R4为四个桥臂，当一个臂、两个臂或四个臂接入应变片时，就相应构成了单臂、双臂和

Uo

全臂工作电桥。下面分别就单臂、半桥和全桥电路进 行讨论。

（1）单臂工作电桥 图3 单臂工作电桥

如图3所示，R1为电阻应变片，R2、R3、R4为固定电阻。应变片未受力时电桥处于平衡状态，R1R3=R2R4,输出电压U0=0，当承受应变时，R1阻值发生变化，设为R1+ΔR ，电桥不平衡，产生输出电压为

Uo=((R1+ΔR)R3-R2R4)/((R1+ΔR+R2)(R3+R4))

设R1=R2=R3=R4=R,又ΔR<

(2)双臂工作电桥

若在两个桥臂上计入电阻应变片，其他桥臂为固定电阻，则构成双臂工作电桥，如图4，R1、R2为电阻应变片，R3、R4为固定电阻。当应变片承受应变时，R1电阻增大ΔR ，R2电阻减小ΔR ，这种电桥成为差动电桥。

图4 双臂工作电桥

此时电桥不再平衡，输出电压为

Uo=U/2 ΔR/R 由式知半桥的输出是线性的没有非线性误差问题，而且灵敏度比单臂提高了一倍。

全臂工作电桥

若四个桥臂上全为电阻应变片，则构成全桥工作电路，如图5所示，R1、R2、R3、R4全为电阻应变片。承受应变时，R1、R3电阻增大ΔR ，R2、R4

Uo

电阻减小ΔR 。

图5 全臂工作电桥

电桥不再平衡，输出电压为

Uo=U ΔR/R

由式知，全桥的电压输出是线性的，没有非线性误差问题，而且其灵敏度是单臂的4倍，是半桥的2倍。

电子秤实验采用的是全桥测量电路，我们选取直流电源电压为8V 。所取的应变片未承受应变时阻值R1=R2=R3=R4=1000Ω，当测量满量程200g 物体时，测得应变片阻值变化ΔR 大约在0.1~0.3Ω之间（参见文章最后实验数据记录表1、表2）。我们取ΔR=0.2Ω,U=5V,则测量电路的输出电压为Uo=U ΔR/R ≈0.0010V 。由于所选的AD 模块AD7705处理小于50mV 以下的电压变化线性状态不理想，所以需要对电桥信号进行放大。

3.放大电路

、放大电路的讨论以及决定： LM324参数：

LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V 或+16V. LM324的 特点：

1. 短跑保护输出

2. 2.真差动输入级

3. 3.可单电源工作：3V-32V

应用：LM324主要应用于一般精度的放大电路。

OP07参数：

OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A 最大为25μV ），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A 为±2nA ）和开环增益高（对于OP07A 为300V/mV ）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传

Uo