电子秤系统设计
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• 这个单脉冲定时器的定时周期为： t= 1.1R1C1。 输入电压Vin送 比较器与VX进行比较.因为K合之前VcL=0,则Vin>VX, 输入比较器
电子秤系统设计
本讲座旨在配合课程设计，试图以一台实用的小型电 子秤作为对象了解电子秤的基本结构，总体设计思想， 每个电路环节的器件选用及计算方法。 通过方案制定和系统分析，使我们进Hale Waihona Puke Baidu步加深了解在 电子秤设计中，需要我们做哪些工作，如何着手开展设 计工作。 技术指标，经济成本的控制，性价比的评估。构成满 足技术要求的系统。
标称值：R = 120 Ω，E= 6V，额定输出: 1.3mV/V, 实际满 度输出7.8mV/6V 显然,由应变元件构成全臂差动电桥的输出信是微弱的,必 须通过信号放大才有读数意义。
• 本系统采用单电源工作的运算放大器与电桥电路连接 成反向放大电路。 • 放大器输出: R R V 2 E R R 0 • (3-3) • 考虑到V/F模数转换器的输入范围要求（0~5V）， 且留有一定的余量。选择R2 值。实验证明，所选用的 V/F 模数转换器的最大输入电压为 3.5V, 估算放大器增 益: •
R2 68K Kf 567 R0 120
(3-4)
• 根据说明书给出的实际满度输出7.8mV。 • 即,最大输出。 • 因设臵了衰减系数为0.8, 所以实际输入给V/F模数转换 器的最大输入电压为3.54V。
• 3．V/F模数转换器 • 本系统采用电压/频率转换器LM331作为A/D转换器。 其特点是：体积小，精度高，价格低，串行输出，占 用CPU的I/O线少。其最突出的不足之处是转换速度慢。 以下是LM331一些主要技术指标： • （1）最大线性度 0.01%， • （2）满量程频率范围 1HZ~100KHZ • 同类器件有：AD650， AD651， AD652。
在测量荷重期间，系统可随时接受人机对话请求。人机对 话仅通过键盘接受校正值。 校正有两个内容，其一， “零点校正”，按“设臵”键，将空负荷下的采样值记 录下来存入 E2PROM 型号为 24LC02B ；其二，“斜率校 正”，将标准重量（砝码）作为秤重对象放入托盘，按 “校正”键，单片机将采样值记录下来并通过计算将新 的斜率存入E2PROM型号为24LC02B。这两种校正的方法 如下： （1）零点校正： 电子秤的长期使用，由于传感器，放大器的零点漂移，使 得出厂时调整好的零点发生偏移而导致秤重时引起恒定 误差Δ，经过“设臵”键校正，实际上把零漂值存储起 来，以后每次侧重时采样值调整： X y Xi 去除零漂误差。
内部逻辑电路：
•
• •
图为电压/ 频率转换器LM331的简化功能框图。内部能隙基准电 路产生1.9V直流电压,送到2脚, （基准电压供测试）外接RS形成基 准电流 ：
I= 1.9/RS。（I=50~500uA）。
输入电压Vin送比较器，引脚6通常与1脚连接，当K合上后流 过恒电流在RL上产生压降Vx作为阈值电压。 2 • 在单脉冲定时器上设有定时比较器，一个输入端恒接 3 Vcc • 作为参考电压，另一个输入端接引脚5。 2 V Vcc • 若 ，单脉冲定时器内部的RS触发器产生复位信号使K断开, 3 又迫使驱动晶体管截止。复位后使引脚 5 与地短接，电容 C1上的 电荷释放，电压下降。使 V 1 Vcc ,
• 2．放大器： • 绝大多数的电子秤都采应变式传感器作为荷重变换 器。这是因为应变式传感器结构简单，体积小，精度 高，非线性误差小，量程调整容易等优点。本系统采 用的是平行梁式，这是一种根据弹性材料受到压力后 变形产生应变，使粘贴在弹性材料上的应变元件或压 缩或拉伸，引起应变元件的电阻相应变化。为了提高 灵敏度，一般采用4个性能完全相同应变元件构成全臂 差动电桥。 R • 电桥的输出关系式： V E R
（2）斜率校正： 系统除了零点漂移不可避免外，秤重机构的灵敏度， 放大器的增益也会受到使用时间的影响而发生变化， 斜率校正实际上是满度调整。 f X • 关系式： y K • 其中，可K为斜率， f 为采样频率，Xy荷重。
• 二 测量系统的电路分析：
• 1.荷重传感器 • 秤重,本质上是测量一个静态压力:对象是重力。 • 计量重量，是许多商业活动，生产过程中中经常发生 的内容，它体现出货物交易的依据，安全的基本要求。 • 秤重的过程,首先把货物的重力通过一个称荷重传感 器转换为对应的电压信号，然后经过放大，模数转换， 最后成为读数。 • 荷重传感器有多种： • 应变片传感器，半导体压阻式传感器，压磁式传感 器，压电式传感器等等。 • 当前最常用的为应变片传感器。
讲座的主要内容如下:
1. 电子秤的基本结构 2. 荷重传感器的选用 3. 放大器电路与设计 4. A/D转换器的选用与设计 5. 键盘与显示电路的设计 6. 单片机及其部分程序解读
一.系统框图
本系统采用了低功能单片机89C2051作为测量仪表的 核心，使得整个系统结构简单，功能强大，性价比 高。。 电子秤测量系统的工作原理: 仪表通电后，在秤重过程中由货物重量经荷重传感 器的信号转换，输出相应的毫伏电压，通过运算放大 器放大和标度变换转送A/D转换器。 本系统的 A/D 转换器采用了 V/F 型积分转换器，它 将输入的模拟信号转换成相应的以脉冲序列方式的频 率输出。 单片机89C2051严格控制每一次采样时间，保持每一 次计数的闸门时间间隔的一致性。单片机通过应用程 序,把当次的采样频率f进行标度转换形成显示器可使用 的串行代码数据。
• 应变片传感器： • 包括：应变片电阻，试件（弹性元件）。
运用应变片传感器的基本认识： l （1）主要转换的物理参数是应变量：
l0
。
（2）当应变片粘贴在弹性体表面上，形成刚性连接后， 应变量正比于弹性体受力大小；在一定的压力F下， 弹性体应变的大小将取决于弹性材料的几何尺寸和弹 性模量。 （3）应变片的粘贴是十分讲究的工艺，需要克服刚性 程度，长期使用的机械蠕动，防潮，防霉变，防腐蚀 等技术要求。 （4）应变片电阻R与应变的线性度和一致性。
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• 这个单脉冲定时器的定时周期为： t= 1.1R1C1。 输入电压Vin送 比较器与VX进行比较.因为K合之前VcL=0,则Vin>VX, 输入比较器
电子秤系统设计
本讲座旨在配合课程设计，试图以一台实用的小型电 子秤作为对象了解电子秤的基本结构，总体设计思想， 每个电路环节的器件选用及计算方法。 通过方案制定和系统分析，使我们进Hale Waihona Puke Baidu步加深了解在 电子秤设计中，需要我们做哪些工作，如何着手开展设 计工作。 技术指标，经济成本的控制，性价比的评估。构成满 足技术要求的系统。
标称值：R = 120 Ω，E= 6V，额定输出: 1.3mV/V, 实际满 度输出7.8mV/6V 显然,由应变元件构成全臂差动电桥的输出信是微弱的,必 须通过信号放大才有读数意义。
• 本系统采用单电源工作的运算放大器与电桥电路连接 成反向放大电路。 • 放大器输出: R R V 2 E R R 0 • (3-3) • 考虑到V/F模数转换器的输入范围要求（0~5V）， 且留有一定的余量。选择R2 值。实验证明，所选用的 V/F 模数转换器的最大输入电压为 3.5V, 估算放大器增 益: •
R2 68K Kf 567 R0 120
(3-4)
• 根据说明书给出的实际满度输出7.8mV。 • 即,最大输出。 • 因设臵了衰减系数为0.8, 所以实际输入给V/F模数转换 器的最大输入电压为3.54V。
• 3．V/F模数转换器 • 本系统采用电压/频率转换器LM331作为A/D转换器。 其特点是：体积小，精度高，价格低，串行输出，占 用CPU的I/O线少。其最突出的不足之处是转换速度慢。 以下是LM331一些主要技术指标： • （1）最大线性度 0.01%， • （2）满量程频率范围 1HZ~100KHZ • 同类器件有：AD650， AD651， AD652。
在测量荷重期间，系统可随时接受人机对话请求。人机对 话仅通过键盘接受校正值。 校正有两个内容，其一， “零点校正”，按“设臵”键，将空负荷下的采样值记 录下来存入 E2PROM 型号为 24LC02B ；其二，“斜率校 正”，将标准重量（砝码）作为秤重对象放入托盘，按 “校正”键，单片机将采样值记录下来并通过计算将新 的斜率存入E2PROM型号为24LC02B。这两种校正的方法 如下： （1）零点校正： 电子秤的长期使用，由于传感器，放大器的零点漂移，使 得出厂时调整好的零点发生偏移而导致秤重时引起恒定 误差Δ，经过“设臵”键校正，实际上把零漂值存储起 来，以后每次侧重时采样值调整： X y Xi 去除零漂误差。
内部逻辑电路：
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图为电压/ 频率转换器LM331的简化功能框图。内部能隙基准电 路产生1.9V直流电压,送到2脚, （基准电压供测试）外接RS形成基 准电流 ：
I= 1.9/RS。（I=50~500uA）。
输入电压Vin送比较器，引脚6通常与1脚连接，当K合上后流 过恒电流在RL上产生压降Vx作为阈值电压。 2 • 在单脉冲定时器上设有定时比较器，一个输入端恒接 3 Vcc • 作为参考电压，另一个输入端接引脚5。 2 V Vcc • 若 ，单脉冲定时器内部的RS触发器产生复位信号使K断开, 3 又迫使驱动晶体管截止。复位后使引脚 5 与地短接，电容 C1上的 电荷释放，电压下降。使 V 1 Vcc ,
• 2．放大器： • 绝大多数的电子秤都采应变式传感器作为荷重变换 器。这是因为应变式传感器结构简单，体积小，精度 高，非线性误差小，量程调整容易等优点。本系统采 用的是平行梁式，这是一种根据弹性材料受到压力后 变形产生应变，使粘贴在弹性材料上的应变元件或压 缩或拉伸，引起应变元件的电阻相应变化。为了提高 灵敏度，一般采用4个性能完全相同应变元件构成全臂 差动电桥。 R • 电桥的输出关系式： V E R
（2）斜率校正： 系统除了零点漂移不可避免外，秤重机构的灵敏度， 放大器的增益也会受到使用时间的影响而发生变化， 斜率校正实际上是满度调整。 f X • 关系式： y K • 其中，可K为斜率， f 为采样频率，Xy荷重。
• 二 测量系统的电路分析：
• 1.荷重传感器 • 秤重,本质上是测量一个静态压力:对象是重力。 • 计量重量，是许多商业活动，生产过程中中经常发生 的内容，它体现出货物交易的依据，安全的基本要求。 • 秤重的过程,首先把货物的重力通过一个称荷重传感 器转换为对应的电压信号，然后经过放大，模数转换， 最后成为读数。 • 荷重传感器有多种： • 应变片传感器，半导体压阻式传感器，压磁式传感 器，压电式传感器等等。 • 当前最常用的为应变片传感器。
讲座的主要内容如下:
1. 电子秤的基本结构 2. 荷重传感器的选用 3. 放大器电路与设计 4. A/D转换器的选用与设计 5. 键盘与显示电路的设计 6. 单片机及其部分程序解读
一.系统框图
本系统采用了低功能单片机89C2051作为测量仪表的 核心，使得整个系统结构简单，功能强大，性价比 高。。 电子秤测量系统的工作原理: 仪表通电后，在秤重过程中由货物重量经荷重传感 器的信号转换，输出相应的毫伏电压，通过运算放大 器放大和标度变换转送A/D转换器。 本系统的 A/D 转换器采用了 V/F 型积分转换器，它 将输入的模拟信号转换成相应的以脉冲序列方式的频 率输出。 单片机89C2051严格控制每一次采样时间，保持每一 次计数的闸门时间间隔的一致性。单片机通过应用程 序,把当次的采样频率f进行标度转换形成显示器可使用 的串行代码数据。
• 应变片传感器： • 包括：应变片电阻，试件（弹性元件）。
运用应变片传感器的基本认识： l （1）主要转换的物理参数是应变量：
l0
。
（2）当应变片粘贴在弹性体表面上，形成刚性连接后， 应变量正比于弹性体受力大小；在一定的压力F下， 弹性体应变的大小将取决于弹性材料的几何尺寸和弹 性模量。 （3）应变片的粘贴是十分讲究的工艺，需要克服刚性 程度，长期使用的机械蠕动，防潮，防霉变，防腐蚀 等技术要求。 （4）应变片电阻R与应变的线性度和一致性。