电子秤的设计报告

电子秤的设计报告

一、设计要求

基于电子秤的现状，本项目拟研究一种用单片机控制的高精度智能电子秤设计方案。这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便，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。主要功能有去皮、计价、总计、单价设定、总量、单键、总计显示等。

基本要求：

①实时显示称重物体的重量，量程20kg

②分度值为5

③超限报警

④去皮功能

二、设计目的

1、能根据电子秤的用途，选择合适的显示器，并进行接口设计

2、能根据任务要求，选择合适的称重传感器

3、能根据电子秤的技术要求，选择合适的A/D转换器

4、能根据电子秤的功能要求，进行程序设计与调试

三、设计的具体实现

1、系统概述

1.1系统结构及工作原理

电子秤的基本结构：电子秤是利用物体的重力来确定物体质量的测量仪器，也可以来确定与质量有关的其他量的大小、参数或特性。不管根据

什么原理之称的电子秤，均由承重和传力复位系统、称重传感器和测量显示装置三部分组成。

①承重和传力复位系统：它是被称物体与转换元件之间的机械、穿礼服为，又被称为电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减震机构等。

②称重传感器：即把非电量转换成电量的转换元件，它是把支撑力变换成电或其他形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。有输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠等基本要求。

③测量显示装置:即处理称重传感器信号的电子线路和指示部件，习惯上称它为载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤波、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。

电子秤的工作原理：当被称物体放在平台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力——电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系的电信号。此信号由放大电路进行放大、滤波后再由A/D器进行转换，数字信号在送到微处理器的CPU处理。CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入的内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析，由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存储器，需要显示时，CPU发出指令，从内存储器中读出数据送到显示器进行显示。电子测量系统的结构如图1所示。

图1 电子秤测量系统的结构图

1.2主要器件的选择

1.2.1称重传感器

称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被誉为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%-70%，若在环境恶劣条件下，传感器所占的误差比例就更大，因此，再设计电子秤时，正确选用称重传感器非常重要。

⑴常用的各种称重传感器

根据工作原理分为以下几种：电阻应变式、电容式、压磁式、谐振式等。

①电阻应变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当得方式组成电桥，将力转换成电信号的转换元件。

②电容式称重传感器是把被称物体的重量转换成电容器容量变化的一种传感器，它以各种不同类型的电容量作为转换元件，实际是一个具有可变参数的电容器。

③压磁式称重传感器也称磁弹性传感器，它是一种力——电转换的无源传感器。

④谐振式称重传感器也称频率式传感器，它是利用机械振子的固有频率或石英晶体的谐振特性，随着被称物体重量的变化产生频率变化现象而形成信号的一种传感器。

⑵电阻应变式传感器

在电阻应变式称重传感器中，通过桥式电路将电阻变化转换成电压变化。电阻应变式称重传感器的工作原理框图如图2所示。

)(4

34211R R R R R R E +-+=

载荷P 应变ε 电阻变化△R 输出电压

图2电阻应变式称重传感器的工作原理框图 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将不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，应变片就会发生形变，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。电阻应变式称重传感器的桥式测量电路如图3所示。

图3电阻应变式称重传感器的桥式测量电路

R1、R2、R3、R4为四个应变片的电阻，组成了桥式测量电路，Ein 为激励电压，Uo 为输出电压。

在应变片电阻变化前，电桥的输出电压为：

Uo 当满足条件R1=R2=R3=R4时，Uo=0。

当R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R -△R，R4=R+△R 时，电桥输出电压为： Uo=E/4R(△R 1-△R 2-△R 3-△R 4)

敏感元件 应变片 测量电桥

也就是说，电桥输出电压的变化与各臂电阻变化率的代数和成正比。

如果4个桥臂应变片的灵敏系数相同，且△R/R=Kε,上式可写成：

Uo= EK/4(ε1-ε2+ε3-ε4)

式中K为应变片灵敏系数，ε为应变量。

上式表明，电桥的输出电压和4个桥臂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，四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形变。在力的作用下，R1、R3被拉伸，阻值变大，△R1、△R3为正值，R2、R4被压缩，阻值减小，△R2、△R4为负值，再加之应变片阻值变化的绝对值相同，即

△R1=△R3=+△R或ε1=ε3=+ε

△R2=△R4=-△R或ε2=ε4=-ε

因此，Uo= EK/4×4ε= EKε

⑶称重传感器的主要性能指标

输出灵敏度：传感器在额定载荷的作用下，供桥电压为1V时的输出电压。在任意载荷下，传感器的输出电压=所加载荷×供桥电压×输出灵敏度/额定载荷。

非线性误差：传感器承受的载荷与其相应的输出电压之间并非成完全的线性关系，由此而造成的误差为传感器的非线性误差。

不重复性：在同一环境条件下，对传感器反复施加某载荷时，其每次输出的电压值不尽相同，这种现象称为传感器的不重复性。

零点不平衡输出：在传感器不受任何载荷的条件下，传感器的输入端加额定的供桥电压时的输出电压，称为零点不平衡输出。