數(shù)字電子秤課程設(shè)計(jì)方案比較探究

陳凱強(qiáng)　楊天航　戶(hù)佳豪

摘? 要：本設(shè)計(jì)旨在用所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)設(shè)計(jì)出一臺(tái)簡(jiǎn)單的數(shù)字電子秤。電子秤具有稱(chēng)重精確度高，簡(jiǎn)單實(shí)用，攜帶方便成成本低，制作簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確，分辨率高，不易損壞和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。其電路構(gòu)成主要有運(yùn)放電路，A/D轉(zhuǎn)換模塊，量程控制模塊，譯碼驅(qū)動(dòng)顯示模塊。其中我們將采用三運(yùn)放大電路，主要的元件就是運(yùn)算放大器。就是把傳感器輸出的微弱的模擬信號(hào)進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求。A/D轉(zhuǎn)換的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字信號(hào)輸送到顯示電路中去，最后由顯示電路顯示出測(cè)量結(jié)果。本設(shè)計(jì)有電路更簡(jiǎn)單、結(jié)果更可靠和無(wú)需編程等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可大幅度降低元件成本。

關(guān)鍵詞：電子秤;Multisim仿真;模數(shù)轉(zhuǎn)換;壓敏電阻

引言：

電子秤是日常生活中常用的電子衡器廣泛應(yīng)用于超市、大中型商場(chǎng)、物流配送中心。電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機(jī)械式稱(chēng)量工具。相比傳統(tǒng)的機(jī)械式稱(chēng)量工具，電子秤具有稱(chēng)量精度高、裝機(jī)體積小、應(yīng)用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點(diǎn)，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料上都是全新的計(jì)量衡器。目前市場(chǎng)上使用的稱(chēng)量工具，或者是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運(yùn)行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，易損壞，維修困難，生產(chǎn)成本高。而且目前市場(chǎng)上電子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小型企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差且技術(shù)力量薄弱，設(shè)備不全，缺乏產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)出一套有實(shí)用價(jià)值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點(diǎn)，改善電子秤系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實(shí)意義。

一、設(shè)計(jì)背景

電子稱(chēng)重技術(shù)是五六十年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。在我國(guó)發(fā)展比較晚，大約在80年代初才開(kāi)始進(jìn)入我國(guó)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及電子稱(chēng)重技術(shù)在我國(guó)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在其在商業(yè)衡器領(lǐng)域電子秤的應(yīng)用比例已達(dá)到7.7%，在工業(yè)計(jì)量領(lǐng)域電子稱(chēng)重技術(shù)也廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、港口和碼頭、糧食等需定量包裝的各個(gè)行業(yè)。

雖然我國(guó)的電子衡器水平有了相當(dāng)?shù)奶岣撸旱c發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無(wú)論應(yīng)用指標(biāo)還是技術(shù)指標(biāo)都有很大的差距，如國(guó)外的商用電子衡器的比例大約在80%以上，而我國(guó)目前僅7.7%，在高檔次的電子稱(chēng)重產(chǎn)品中，如定量包裝秤、配料秤、自動(dòng)校檢秤仍剛剛起步，水平尚待提高。

在稱(chēng)重的理論研究方面存在巨大的差異。據(jù)悉，近年國(guó)際上解決運(yùn)動(dòng)中和振動(dòng)中的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的問(wèn)題，運(yùn)用了工程動(dòng)力學(xué)的稱(chēng)重原理與技術(shù)處理動(dòng)態(tài)稱(chēng)重問(wèn)題：突破了依賴(lài)靜力場(chǎng)下力平衡的稱(chēng)重原理，相比之下我國(guó)在稱(chēng)重理論研究方面相當(dāng)薄弱新材料，新技術(shù)的應(yīng)用也同國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大的差距。在國(guó)際上衡器的發(fā)展幾乎能與計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)同步發(fā)展，己向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，而我國(guó)還處于剛剛起步階段。

二、總體方案設(shè)計(jì)

通過(guò)查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實(shí)際知識(shí)，我主要提出了兩種技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對(duì)這兩種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說(shuō)明，并分析比較它們的特點(diǎn)，然后闡述我最終選擇方案的原因。

（一）方案比較

1、方案一

方案一原理框圖如圖1所示：

將物塊置于壓敏電阻片上，運(yùn)放電路模塊將放大不同的模擬信號(hào)輸入A/D轉(zhuǎn)換器，

經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)將進(jìn)入數(shù)值比較器，通過(guò)數(shù)值比較得出所稱(chēng)物塊的重量，然后經(jīng)過(guò)譯碼將所得數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管，最終結(jié)果將顯示在數(shù)碼管上。

2、方案二

方案二原理框圖如圖2所示：

方案二的信號(hào)產(chǎn)生、輸入和轉(zhuǎn)換電路與方案一類(lèi)似，不同之處在于用單片機(jī)代替了比較器，增加了專(zhuān)門(mén)的外部時(shí)鐘源發(fā)生電路為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)運(yùn)行編寫(xiě)的程序來(lái)輸出物塊的重量到OLED顯示屏上。

（二）方案論證與選擇

本文要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子秤，其主要實(shí)現(xiàn)的是物品秤重功能，首先，經(jīng)過(guò)帶有壓敏電阻的模擬電路產(chǎn)生模擬信號(hào)，通過(guò)運(yùn)放將信號(hào)放大，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，接著對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，最后輸出重量數(shù)據(jù)。

兩個(gè)方案均能實(shí)現(xiàn)該功能，但方案二在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中使用元器件多，造成生產(chǎn)成本大，而且總體電路相對(duì)復(fù)雜，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路，對(duì)于數(shù)據(jù)的顯示還需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，增加了工作量;方案一使用了元器件少，電路簡(jiǎn)單，成本較低，易實(shí)現(xiàn)，便于設(shè)計(jì)者理解電路結(jié)構(gòu)，同時(shí)符合電子秤秤重的核心要求，能滿(mǎn)足日常生活的需要，也價(jià)格合適。

綜上所述，采用方案一來(lái)作為這次的設(shè)計(jì)電路。

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