基于單片機電子秤設計研究

鄺耀強

（廣東省臺山市質量技術監(jiān)督檢測所，廣東江門，529200）

0　引言

電子秤主要是將傳感器技術、信息處理技術以及電子技術三者融為一體，所形成的一種新型的質量計量設備，與傳統(tǒng)的機械城相比較，電子秤質量較小，便于移動、價格低廉、結構簡單、維護方便。在生產生活中實用性比較強。電子秤被廣泛的應用到科學研究、工農業(yè)生產、內外貿易等領域。已經成為生活中必不可少的質量計量工具。電子秤的發(fā)展經歷了由簡單到復雜、由粗糙到精密、由單一功能到多功能的過程。尤其是進幾年、工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料的定量、以及產品質量的監(jiān)測等都離不開電子秤。所以，智能化的電子秤設計，將直接影響各個行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展水平，進一步提高社會的經濟效益。

1　系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件主要以單片機為核心，由控制器、傳感器、數(shù)據(jù)顯示器、鍵盤以及電路電源共同組成，系統(tǒng)設計方案如圖1所示。該電子秤工作原理在于：利用稱重傳感器對壓力信號進行檢測，在接收到微弱的電信號之后，對電路進行處理，將處理后的信號傳遞到單片機中的A/D轉換器，將模擬量轉化為數(shù)字量，控制器會對數(shù)字量進行接收，通過運算，將數(shù)字信號轉換為實體的重量信號在屏幕上進行顯示。

1.1　控制器設計

電子秤控制器主要使用單片機進行設計，通過單片機能夠將測量技術與計算機技術緊密融合，構成全新的軟件程序，以這種軟件程序來替代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。由于系統(tǒng)要求并不是很高，所以選用A/D轉換器單片機，這種智能化的儀表在測量中對數(shù)據(jù)的處理能夠呈現(xiàn)多樣化，并且應用程序能夠直接存到存儲片內，無需另外安置擴展存儲器，對電路的設計大大簡化。

圖1　系統(tǒng)整體設計方案

1.2　傳感器設計

傳感器功能主要在于對數(shù)據(jù)的采集以及對電路的處理，在電子稱系統(tǒng)設計中，傳感器是飛中重要的元件，對傳感器的選擇必須注意參數(shù)與量程，并且不能忽視電路設計的難度以及性價比。需要根據(jù)電子秤的最大稱量值、傳感器的個數(shù)以及稱體的自重來綜合性的對傳感器的量程進行選擇。為了電子秤稱量結果的精準度，在實際工作中，要確保傳感器的有效量程在20%-80%之間，對重量稱量的誤差要控制在0.01Kg以內。根據(jù)綜合要求，本次選用SP20C-G501電阻應變式傳感器，該傳感器由S型梁結構以及金屬箔式應變計構成，不會受到溫度的影響，相對來講，該傳感器的測量精度比較高，穩(wěn)定性比較優(yōu)越?？梢杂糜诟鞣N結構的電子秤儀表中。

1.3　電源電路設計

電子成系統(tǒng)的各功能模塊均采用5V電壓進行供電，通過獨立電源供電的方式來確保電源的穩(wěn)定性。此次設計選用9V高能電池，該電池使用周期長，儲存量大，通過LM7805穩(wěn)壓器件來確保輸出電壓為5V。在電源的接口上安裝LED指示燈，通過指示燈的工作狀態(tài)來確定電源工作的穩(wěn)定性。

圖2　系統(tǒng)電路設計

當LED指示燈亮，說明電源工作正常，指示燈滅，說明工作不穩(wěn)定。圖中電阻R為1KΩ，防止LED指示燈被燒壞。

1.4　液晶顯示模塊設計

液晶顯示模塊主要將稱重數(shù)據(jù)顯示出來，在單片機智能稱重系統(tǒng)中，選用LCD1602液晶顯示模塊，該模塊運行穩(wěn)定，功耗低。顯示容量在16×2個字符，電壓在4.5-5.5V之間，工作電流控制在2.0MA。LCD1602運用比較方便通過電位器來調節(jié)字符顯示的亮度。

1.5　鍵盤電路設計

系統(tǒng)鍵盤部分由S1-S16組成，以4×4矩陣的形式構成，其功能依次代表0-9之間的數(shù)字，時間顯示按鍵、分鐘設置按鍵、切換按鍵、去皮、清零、計算按鍵等。通過這些按鍵可以稱出物體的重量，計算出物品價錢。

2　系統(tǒng)軟件設計

本文所設計的基于單片機電子秤的軟件系統(tǒng)采用模塊化結構，軟件系統(tǒng)由主程序與子程序共同組成，在系統(tǒng)子程序中包括毫秒級延時子函數(shù)、軟件濾波子程序以及LED顯示子函數(shù)。在單片機通電之后，系統(tǒng)會自動進行初始化。在系統(tǒng)運行中，會調用各種函數(shù)，對系統(tǒng)進行標準定義以及調零，通過LCD子函數(shù)來對數(shù)據(jù)傳送的地址進行顯示。

在軟件系統(tǒng)中，壓力傳感器比較容易受到外界因素的影響，許多外在條件都會影響其測量精度，在設計時需要避免造成誤差的原因，將采集到的數(shù)據(jù)以10個為單位進行疊加，計算出平均值，將每次得到的數(shù)據(jù)替換已有的數(shù)據(jù)，對平均值進行重新計算，最終得到顯示到真實值。

3　系統(tǒng)測試

測試環(huán)節(jié)是系統(tǒng)開發(fā)與設計的重要環(huán)節(jié)，能夠證明系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在對基于單片機電子秤進行測試時，需要一組標準砝碼作為基準，依次增加砝碼的質量，確保砝碼的重心在測試區(qū)的中心位置。屏幕上的顯示數(shù)值穩(wěn)定之后，對顯示值進行記錄。經過多次測量并對數(shù)值進行記錄，砝碼由輕到重連續(xù)增加。為了避免對傳感器造成誤差，需要確保電子秤水平方向必須牢固。

4　結束語

通過傳感器技術與單片機技術所設計的電子秤，具有重量輕、體積小、結構簡單的優(yōu)點，經過對系統(tǒng)的測試，該質量測量設備具有較高的可靠性、抗干擾能力強，可以在實驗室、貿易市場以及家中使用，實際推廣價值較高。