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1、摘要称重技术有史以来就被人们所看重，作为一种测量手段，在各个领域都有所 应用。本论文选取了民用电子秤为研究对象，并以智能电子秤这一以后民用电子 秤的发展方向为出发点，设计研究电子秤。电子秤是将检测和转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合 一体的现代新型称重仪器。它与我们日常生活紧密结合，同时成为一种方便、快 捷、称量精确的工具，广泛应用于工厂生厂、商业、超市、集贸市场、大型商场、 和零售业等各种公共场所的信息显示和重量计算用具。电子称主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元 在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。本论文设计的电子秤以 AT89C51 单片 机为主
2、要部件, 通过对硬件和软件进行设计而成。硬件由电阻应变式称重传感器 AD转换器、AT89C51单片机和LCD液晶组成电子秤（测量范围015Kg）。本设计研究采用高灵敏度的电阻应变式称重传感器本论文针对电子称的自动 称重、数据的处理等进行设计和制作。而且单片机控制的电子称结构简单，制作 简单，体积适用，成本低廉，深受人们的喜爱，在添加适当的显示仪表和承载 台后，就可以构建完整的民用经济型智能电子秤。整个系统的设计理念为通用化、 低成本、智能化，获得的电子秤有广阔的市场前景。1.1电子秤简介称重仪是电子衡器的一种，电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段, 对加强企业管理、严格生产、贸易结算、
3、交通运输、港口计量和科学研究都起到 了重要作用。电子衡器具有反应速度快、测量范围广、应用面广、结构简单、使 用操作方便、信号远传便于计算机控制等特点，被广泛应用于煤炭、石油、化工、 电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口建筑机械制造和国防等各个领域。 在 工业现场和环境中干扰源是各种各样的，如噪音干扰、工频干扰等，抗工频干扰 能力成为衡量电子衡器性能的重要指标。为了具备这一性能，市场上的电子衡器 的电路普遍较复杂，相对地，成本也较高。而本产品电路简单，成本低，抗工频 干扰强，具有很好的推广价值。1.2选题的背景和意义 电子称称量不但计量准确、快速方便，更重要的可以自动称重，数字自动显 示，对人
4、们生活的影响越来越大，广受欢迎。称重装置不仅是提供重量数据的仪 表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的 自动化和管理的现代化。它起到了缩短作业时间、改善个人操作条件、能源和材 料的消耗被降低、也大大提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方 面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。在上世纪五十在年代中期，伴随着电子科技技术的高速发展，电子衡器事业的 发展也进入了一个高速前进的时代。在六十年代初期时代科技的迅猛发展，微电 子和计算机技术的发展，再到六十年代中期传感器技术和电子技术的发展，电子 衡器才被大量用于工业自动化的生产中。
5、但是当时的准确度仅在百分之几，在工 业生产最发达国家中也只能达到千分之几。直到上世界七十年代开始，由于传感 器的稳定性和可靠性的提高和集成电路技术的发展，才真正把电子秤带进了商贸 领域，甚至是科技的领域。第三次科技革命的展开、电子信息技术水平的提高， 电子衡器技术也在不断进步和提髙。1.3电子秤的国内外发展状况和趋势电子秤的发展过程与其它事物是一样的，经历了从简单到复杂、从粗糙到精 密、从机械秤到机电结合秤再到全部电子化，由单一功能到多种功能的过程。近 年来，电子秤已经越来越多地参与到数据处理和过程控制中。现代称重技术和数 据系统已经成为预包装技术、工艺技术、储运技术、商业销售领域及收货业务中
6、 不可缺少的组成部分。随着多种称重传感器的各项性能不断突破，为电子秤的发 展奠定了坚实的其础，国外像美国、西欧等一些国家在上世纪六十年代就出现 0 .1 % 准确度的称量电子秤，并在七十年代中期对大约 75 % 的机械秤开始进行机 电结合式的电子化改造行动。我国电子衡器已经处于全电子型和数字智能型的时代。电子衡器制造技术经历 由模拟测量到数字测量、静态称重到动态称重、由单参数测量向多参数测量的发 展的过程。在二十世纪四十年代以前，我国衡器还都是机械式的，四十年代开始 发展为机电结合式的衡器。五十年代开始出现以称重传感器为主的电子衡器。到 八十年代已经从传统机械式衡器进入集传感器技术、微电子和计
7、算机技术与一体 化的电子衡器发展阶段了。目前，我国现在的称重技术基本上已经达到了国际上 二十世纪九十年代的水平，少数产品已经达到了国际领先的水平了。2.1原理常用传感器分类： 现实工程中的传感器种类很多，一种物理量可以用多种类型的传感器来测量，而同一种传感 器也可测量多种物理量。传感器有多种分类方法，按被测量量的不同，可分为力传感器、温 度传感器、位移传感器；按照传感器的工作原理不同，可分为机械式传感器、光学式传感器、 电气式传感器、流体式传感器；按照信号变换特征也可分为结构型传感器和物性传感器；根 据所用敏感元件与被测量事物之间的能量关系，可分为能量转换型传感器和能量控制型传感 器；按照输出
8、信号分类，可分为数字式传感器和模拟传感器等。传感器测量的原理及优缺点：一、电阻式传感器：是一种把被测量量转换为电阻变化的传感器，按工作原理可分为变阻器式和电阻应变式。1：变阻器式：改变电位器触头的位置，实现将位移转换为电阻R的变化；优点是结构简单、 使用性能稳定、使用方便；缺点是分辨力不高且噪声较大。2：电阻应变式：可分为金属电阻应变片和半导体应变片，用于测量应变，力，位移，加速 度，扭矩；体积小、动态响应快、测量精确度高、使用简便等优点。将应变片贴于弹性元件 上，可测出压力这种物理参数，这种情况下，弹性元件得到与被测量量成正比的应变，再由 应变片转换为电阻的变化。二：电容式压力测量：电容式压
9、力测量的原理是把被测的压力信号变化转换成电容量的变化，目前广泛 采用的是以测压弹性膜片作为可变电容器的动极板，它与固定极板之间形成一可 变电容器。被测压力作用于弹性膜片上，当被测压力的变化，弹性膜片产生位移， 使电容器的可动极板与固定极板之间的距离改变，从而改变了电容器的电容值， 通过测量电容的变化量可间接获得被测压力的大小。其特点是小功率，高阻抗， 本身发热影响小，结构简单、适应性强。但其有缺点 ，寄生电容往往会降低传 感器灵敏度，输出具有非线性。按照工作原理不同可以分为：变间隙式，变面积 式、变介常数式。三、压电式压力测量：压电传感器的原理是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形
10、时， 其表面产生电荷，从而实现非电量测量，是典型的有源传感器，其电荷量与所受 压力成正比。压电式传感器具有体积小，重量、工作频带宽等特点，因此在各种 动态力、机械冲击与振动的测量，以及声学、力学、医学、宇航学方面都得到了 非常广泛的应用。四、变磁阻式传感器利用磁路磁阻变化引起的线圈电感或互感的改变来实现非电量电测的。作为一种机电转换装 置，它可以把输入的各种机械物理量如位移、振动、压力、应变等参数转换成电量输出，在 现代工业生产和科学实验，尤其在自动控制系统中应用十分广泛，是实行非电量电测的重要 传感器之一。它有如下特点：结构简单，灵敏度高，分辨力大，重复性好，线性度优良。可 分为如下几种：电
11、感式、变压器式、涡流式、双向式。五：磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入的运动速度转换为线圈中感应电势输出。它直接将被测物体的机械能量转换成电信号输出，工作不需要外加电源，是一种典型的有源传感器。由于这种传感器输出功率较大，因而大大地简化了配用的二次仪表电路。分为：变磁通式和恒定磁通式。六：谐振式传感器以谐振元件作为敏感元件而实现测量的传感器称为谐振式传感器。谐振传感器自身为周期信 号输出，只用简单的数字电路即为转换为易与微处理器接口的数字信号，同时由于谐振元件 的重复性、分辨力和稳定等非常优良，因此谐振式测量原理自然成为当今人们研究的重点 主要分为：振弦、振筒、振梁、振膜格式压力传感器。七
12、：光钎传感器 光钎传感器是20世纪 70 年代迅速发展起来的一种新型传感器。它具有灵敏度高、电绝缘性 能好、抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、质量轻等优点。光的全反射现象是研究光纤传光原理 的基础，传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与 进入调质区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态 等）发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。八：磁敏传感器磁敏传感器是把磁学物理量转化为电信号传感器，广泛运用于自动控制、信息传递、电磁测 量、生物医学等各个领域。其工作原理大多是基于载流在磁场中受洛伦兹力作用而发
13、生而发 生偏转的机理。磁敏传感器的主要方向是半导体集成磁敏传感器。它可以采用集成电路工艺， 把传感器和信号处理电路制作在芯片上，具有灵敏度高、体积小、性能可靠、成本低等优点。九：热点式传感器热点式传感器是把测量量（主要是温度）转换为电量变化的一种装置，其变换是基于金属的 热点效应。按照变换方式的不同，可分为热点偶与热电阻传感器。2.2 整体功能1、采用高精度的电阻应变式压力传感器，测量量程OTOkg，测量精度可达5g。2、采用电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器ADC0832.3、采用AT89C51单片机作为主控芯片，实现称重、计算价格等主控功能。4、采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、单
14、价、总价等信息。5、采用4*4矩阵键盘进行人机交互，键盘容量大，操作便捷。2.3 电子秤的工作原理只要被称物体放置在电子秤的秤台上时，物体重量便会通过秤体传递到称重 传感器中，称重传感器会随之产生电效应，把物体的重量转换成一定函数关系的 电信号，这个函数关系与被称物体重量有关。放大电路会放大电信号、经滤波后 再被模/数器转换，产生的数字信号再送到CPU进行处理，CPU会扫描键盘和各功 能开关，根据输入内容和各种功能开关的状态进行判断和分析，最后由仪表的软 件控制各种必要运算。运算结果送到ROM中，需要显示数字时，CPU发出指令，从 内存贮器中读出后，再送到显示器显示。按照本设计功能的要求，系统
15、由 6 个部分组成：控制器部分、测量部分、报 警部分、数据显示部分、键盘部分、和电路电源部分，系统设计总体方案框图如 图 2-1 所示：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 A/D 转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自 A/D 转换器输 出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将 其存储到存储单元中。控制器还可以通过对扩展 I/O 的控制，对键盘进行扫描， 而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制。数据显示部分根据需要实现显示 功能。2.4 数据采集部分的
16、选择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。2.4.1 传感器的选择在设计中,传感器是一个十分重要的元件,因此对传感器的选择也显的特别的 重要,不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以 程度和设计性价比等等.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、 可能产生的最大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。但在实际使用时，由于 加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等 载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿 命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的 实验而确定的。其公式如下：C = K0xKxK2xK3x(W
