多功能电子秤设计

多功能电子称的设计

作者：孙国亮吕涛胡艳浩

摘要：本文设计一种利用平行梁式传感器和AT89C51单片机等器件制作的电子秤。该秤可以对15公斤量程范围内的物体进行称量，能实现称重、LCD液晶显示、预置等功能。该电子秤利用电桥测量原理，将压力应变传感器阻值转换为电压值，再经过放大器将电压放大，通过确定输出电压和标准重量的关系，形成一台原始电子秤。将此输出电压经过模数转换，送入AT89C5151单片机处理，再控制数码管驱动电路，最后显示出测量结果。

关键词：电子秤平行梁式传感器电桥放大电路单片机

Abstract:Design of a parallel beam using sensors and other devices produced AT89C51 microcontroller electronic scale. The scale can be within the range 15 kg weighing objects, able to weigh, LCD liquid crystal display, peeled / clear, preset functions. The electronic scale use of the bridge measuring principle, the pressure strain sensor resistance into voltage and then amplified through the amplifier to voltage, output voltage and the standard by determining the relationship between weight and form a primitive electronic scales. After this the output voltage conversion, into the AT89C5151 MCU processing, to control the digital control circuit, the last show measurement results.

Keywords: Electronic scale Parallel beam sensor Bridge Amplifier SCM

1 总体方案设计

本设计由以下几部分组成：平行梁式传感器、信号放大器、模数转换、单片机、键盘、LCD液晶显示器。

由平行梁式传感器感受被测物体的质量，通过电桥输出电压信号，通过放大电路将输出信号放大，而后送入A/D转换单元进行模数转换，将转换后的数字信号送给单片机；单片机接收数据后，对数据进行处理，将其转换为对应的重量信息，送液晶显示模块进行显示。单片机还需查寻键盘是否有输入，执行相应的功能。

2 硬件电路设计

2.1平行梁式传感器

平行梁式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。由电阻应变片和测量线路两部分组成。电阻应变片产生的误差，主要来源于温度的影响，本设计主要在实验室内进行，温度的影响暂不处理。

在电桥测量电路中，将一对变化相反的应变片接入电桥一臂，另一臂接两个相同的阻值作为基准值；当桥臂电阻初始值R1＝R2＝R3＝R4=350时平衡，其变化值为ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4=d时，其桥路输出电压Uout与d成正比。

2.2放大电路设计

由于传感器输出的信号比较微弱，必须通过一个放大器对其进行放大，才能满足A/D 转换器对输入信号电平的要求。本设计中选用由三运放构成的具有高输入阻抗，高共模抑制比的仪表放大器作为前级，再接一个反相比例放大器作为后级输出。另外，仪表放大电路中电阻Rw1可用于微调放大倍数；而后级放大器原接地端现在通过Rw2接入一电压值，可以对输出电平进行平移。

由运放的虚短、虚断及电流的分配关系知3456111[5()/*1()/]()R v v R R R R V R R R v v =-=++++-，从而得到91078)3491078)[56112()/(*()()/(1()/]()o v R R R R v v R R R R R R R v v ++=-++=-+++-，所以，/91078)[561()/(1()/]v o i A v v R R R R R R R +==-+++，取R5=R6,R7=R8,R9=R10,可以简化为/97*51/(12/)v o i A v v R R R R ==-+。由于传感器最大输出电压10mV ，ADC0809的最大采集电压为5V ，所以取放大倍数v A 为500倍，所以取,R5=R6=12k, R7=R8=5.1k, R9=R10=47。所以RW1= 0.45k 故取W102电位器。

第二级为反向比例放大器，增益设计为-1，由虚短、虚断1211/v A R R =-，故取R11=R12=10k 。

第三级为有源低通滤波电路，它是由两节RC 滤波电路和同相比例放大器组成，特点是输入阻抗高，输出阻抗低。

2.3单片机电路设计

2.3.1单片机最小系统

对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括单片机、晶振电路和复位电路。51单片机的最小系统及整体电路图见附录。

复位电路:由电容串联电阻构成,一般教科书推荐C 取10u,R 取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC 组合可以在RST 脚上产生不少于2个机周期的高电平.

晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的us 级时歇,方便定时操作)

2.3.2模数转换与单片机接口

ADC0809是带有8位A/D 转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D 转换器，可以和单片机直接接口。

（1） 引脚说明：

（2）工作过程：

请参考ADC0809时序图。ST 为转换启动信号，当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时，表明转换结束。OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE ＝1，输出转换得到的数据；OE ＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。

（3）接口电路：