基于单片机的称重传感器的研制

基于单片机的称重传感器的研制

The Design of Electronic Scales Based on Resistor Strain Type Weight Sensor

【作者中文名】哈笑天

【导师】

【学科专业名称】电子信息工程

【论文级别】硕士

【网络出版投稿人】吉林大学；郭怀天

【网络出版投稿时间】2007-04-03

【关键词】电子天平; 电阻应变式称重传感器; 比例测量; 光电隔离; 温度补偿; 数字滤波算法; 分段线性插值; 抗干扰;

【英文关键词】electronic scales; resistor strain type weight sensor; proportion measurement; photoelectric isolation; temperature compensation; digital filter arithmetic; subsection linear inserting value; anti-disturbance;

【中文摘要】本文设计了一个应用于水分测量仪中的电子天平,选用电阻应变式称重传感器,采用电压比例测量方法,结合高精度模数转换器ADS1240E,将称重信号转化为数字量后送给单片机进行处理;为提高所设计的电子天平的温度特性,选用DALLAS半导体公司生产的数字温度传感器DS18B20采样天平环境温度,建立电子天平的温度校正曲线;通过拉格朗日分段线性插值算法,对所设计电子天平进行了标定,最后通过按键、蜂鸣器以及液晶显示器等实现人机交互功能。论文首先分析了电阻应变片的工作原理、温度特性及相应的补偿方法,并讨论了电阻应变片的信号调理电路,随后给出了系统的整体框架。在此框架下,本文从硬件设计和软件编程上对电子天平的系统组成、各部分的工作原理、以及本人在设计过程总结的注意事项等予以详细的讨论和说明。本论文所设计的电子天平在室温(20℃)至45℃之间称量量程为40g,精度为0.04g,可实现去皮重、5种重量单位之间互相换算以及超重提示等功能。【英文摘要】Electronic scales have the merit of high precision and quick speed of measuring, it can read the result conveniently and can get rid of the tare automatically, having a series of advantages, making electronic scales widely used in industrial production,process controlling, teaching and research and our daily life. Besides being used to do normal measuring,the electronic scales can still be used in some special situations to measure the quantity of the materials, such as doing precision metage in chemistry e...

【DOI】CNKI:CDMD:2.2007.018907

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摘要

现代社会的发展，对称重技术提出了更高的要求。目前，台式电子

秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性：体积大、成

本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。现有的

便携秤为杆秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤，居民用户

使用的是国家已经明令淘汰的杆秤。多年来，人们一直期待测量准确、

携带方便、价格低廉的便携式电子秤投放市场。

本文设计了一种便携式电子秤，论述了仪器的工作原理，介绍了仪

器的误差来源与误差分配，给出了仪器电路设计与软件流程，探讨了仪

器的工程设计技术。针对电容式称重传感器非线性影响大的问题，提出

并建立了电容式称重传感器的非线性影响模型与校正模型，为便携式电

子秤的低成本准确称量奠定了理论基础。

便携式电子秤主要由电源、称重传感器、单片机、键盘/开关、LCD

显示器等部分构成。主要技术指标为：称量范围 0～10kg；分度值 0.01kg；

精度等级Ⅲ级；电源 DC 1.5V。仪器的技术指标参考了目前国内市场上使

用最多、国内外产量最大的电子衡器的技术指标，其合理性无疑加大了

产品投放市场后的竞争能力。仪器主要功能有自检、去皮、计价、累计、

单价设定、过载报警和欠压提示等。仪器若不进行称量操作，5 分钟后自

动进入休眠模式，降低电源消耗。

新型便携式电子秤体积小、计量准确、携带方便、操作简单、称量

速度快，并集质量称量功能与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易

和居民家庭的使用需求，具有广阔的应用前景。

关键词：便携式电子秤；电容式称重传感器；非线性校正；PIC16F877

单片机；误差分配；工程设计新型便携式电子秤研究

II

Abstract

The development of the modern society has put forward higher request on weighing technology. The desk-top electronic scales have been great application in commercial trade, but they have many shortcomings such as large volume, high cost, AC supply power and not covenience to carry, so they are restricted to use. The usual portable scales are lever scales which are mostly used by residents, and spring balance which measure through compression or drawing of spring. They are being rejected for their big measuring errors. People have been expecting cheap portable electronic scales which can measure accurately and be carried conveniently for many years.

This thesis designs new-type portable electronic scales. It discusses the

instrumental working principle, and introduces its error sources and how to distribute the error. And, the instrumental circuit, software-flow-chart and engineering designing technology are presented. Because capacitance weighing sensor is of bad non-linearity, the author put forward and set up a maths model to revise non-linearity, which establishes the theory basis for the instrument to measure accurately and be low-cost.