一款简易电子秤的设计

一款简易电子秤的设计
文章介绍一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤的设计与制作。

系统主要分为单片机模块、传感与A/D模块、按键模块、显示模块等。

该电子秤可以数字显示被称物体的重量，且称重误差在要求范围之内，并可以设置单价（元/克），可计算物品金额并实现金额累加，且具有去皮功能，去皮范围不超过100g。

测试表明各项指标都符合设计任务要求。

标签：电阻应变片；A/D转换；LED
一、设计要求
设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤，电子秤的结构要求铁质悬臂梁固定在支架上，支架高度不大于40cm，支架及秤盘的形状与材质不限。

悬臂梁上粘贴电阻应变片作为称重传感器。

具体要求：（1）电子秤可以数字显示被称物体的重量，单位克（g）。

（2）电子秤称重范围5.00g～500g；重量小于50g，称重误差小于0.5g；重量在50g及以上，称重误差小于1g。

（3）电子秤可以设置单价（元/克），可计算物品金额并实现金额累加。

（4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过100g。

二、方案论证
（一）显示方案选择
方案一：采用LCD液晶显示。

优点：控制方法简单；缺--点：显示内容有限，有些功能需要分页显示。

方案
：采用LED显示。

优点：显示内容较多，多项功能可同时显示；缺点：控制稍复杂。

考虑两个方案的优缺点，在本系统中采用方案二。

（二）传感器设计方案
本设计采用电阻应变片和铁质悬臂梁自制称重传感器。

设计过程中，用不同厚度的铁片，以及改变桥式连接的电阻应变片的相对位置，分别制作了多个传感器进行试验，最终选定灵敏度最好的进行系统联调。

（三）系统方案
最终确定的系统由单片机系统、称重传感器、A/D转换模块、键盘模块、LED 显示模块等构成，调试时需外接一个电源。

三、理论分析与计算
（一）电阻应变式称重传感器
当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。

电桥的输出电压和四个轿臂的应变片所感受的应变量的代数和成正比。

在电阻应变式称重传感器中，4个应变片分别贴在弹性梁的4个敏感部位，传感器受力作用后发生变形。

对于一个高精度的应变传感器来说，仅仅靠4个应变片组成桥式测量电路还是远远不够的。

由于弹性梁材料金相组织的不均匀性及热处理工艺、应变片性能及粘贴工艺、温度变化等因素的影响，传感器势必产生一定的误差。

为了减少传感器随温度变化产生的误差，提高其精度和稳定性，需要在桥路两端和桥臂中串入一些补偿元件。

（二）A/D转换
根据称重精度需要，分度需达到500/0.5=1000，理论上10位A/D转换可达到要求，但考虑到各项不确定因素，最终决定选用24位A/D转换芯片HX710。

四、电路与程序设计
（一）硬件电路设计
（1）单片机系统：本设计采用W79E824单片机。

W79E82X系列是快速51微控制器，它可以使用烧写器在系统中编程，其指令系统完全与标准的8052指令系统兼容。

（2）A/D转换模块：考虑到称量精度的要求，选用了24位A/D转换器芯片HX710。

与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。

（3）按键模块：考虑到该电子秤功能较多，所以一共采用了14个按键，分别是数字0～9、置零键、去皮键、累计键、清除键。

（4）顯示模块：一共用了两个五联LED和两个三联LED，可同时显示物体重量、单价、总价等信息。

（5）电源：直接采用4V蓄电池供电。

（二）软件程序设计
软件程序设计分初始化和主程序两个部分。

初始化部分：上电复位——单片机初始化——A/D初始化——读参数并检验（检验是否进入校准），如“是”——量程，分度值，小数点，采样——加载砝码，计算倍率——保存参数，完成校准；如“否”——显示版本号——笔画自检——检测零位——开始称重。

主程序部分：A/D检测采样——数据处理，过滤——根据倍率显示重量——按键扫描——按键值执行相应功能——返回。

五、测试方案与测试结果
（一）测试方案
用标准砝码（10g、20g、50g、100g、200g、500g）作为待测物，检验电子秤的各项性能指标。

（二）测试结果
（1）置零功能：按“置零”键，显示“0”，正常。

（2）称重范围及误差测试，正常。