1.2设计思路
目前,台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍,但存在较大的局限性：
体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。
现有的便携秤为杆秤或以弹簧、拉伸变形来实现计量的弹簧秤,居民用户使用的基本是杆秤。
弹簧盘秤制造工艺要求较高,弹簧的疲劳问题无法彻底解决,一旦超过弹簧弹性限度,弹簧秤就会产生很大误差,以至损坏,影响到称重的准确性和可靠性,只是一种暂时的代用品,也被列入逐渐取消的行列。
微控制器技术、传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用，电子产品的更新速度达到了日新月异的地步。
本系统在设计过程中，除了能实现系统的基本功能外，还增加了打印和通讯功能，可以实现和其他机器或设备（包括上位PC机和数据存储设备）交换数据.除此之外，系统的微控制器部分选择了兼容性比较好的AT89系列单片机，在系统更新换代的时候，只需要增加很少的硬件电路，甚至仅仅删改系统控制程序就能够实现。
另外由于实际应用当中，称可以有一定量的过载，但不能超出要求的范围，为此我们还设计了过载提示和声光报警功能。
综上所述,本课题的主要设计思路是：
利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。
单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。
此外，还可通过键盘设定所称物品的价格。
主要技术指标为：
称量范围0～5kg;分度值0.01kg;精度等级Ⅲ级;电源DC1.5V（一节5号电池供电）。
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。
2.硬件电路设计
2.1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＝K0×K1×K2×K3×（Wmax＋W）/N（2.1）
C—单个传感器的额定量程；W—秤体自重；Wmax—被称物体净重的最大值；N—秤体所采用支撑点的数量；K0—保险系数，一般取值在1.2～1.3之间；K1—冲击系数；K2—秤体的重心偏移系数；K3—风压系数。
本设计要求称重范围0～5kg，重量误差不大于0.01kg，根据传感器量程计算公式（2.1）可知：
C＝1.25×1×1.03×1×（20＋1.9）／1＝9.01205（2-1）
为保证电子秤称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度差的缺点。
传感器的量程应根据皮带秤的最大流量来选择。
在实际工作中，要求称重传感器的有效量程在20%～80%之间，线性好，精度高。
重量误差应控制在±0.01Kg，又考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，根据式2.1的计算结果，所以我们确定传感器的额定载荷为7.5Kg，允许过载为150%F.S，精度为0.05%，最大量程时误差
0.01kg，可以满足本系统的精度要求.
综合考虑,本设计采用SP20C-G501电阻应变式传感器,其最大量程为7.5Kg.称重传感器由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。
由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点，所以该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秤的一次仪表。
该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图2-1所示：
图2-1称重传感器原理图
表2-1传感器主要技术指标
准确度等级
C30.020.03
额定载荷
kg
1、2.5、5、7.5、10、15
灵敏度
mV/V
1.8±0.08
非线性
%F.S.
±0.02
滞后
0.02
重复性
0.02
蠕变
%F.S./30min
±0.02
蠕变恢复
零点输出
%F.S.
±1
零点温度系数
%F.S./10℃
±0.02
额定输出温度系数
输入电阻
Ω
415～445
输出电阻
Ω
349～355
绝缘电阻
MΩ
≥5000
供桥电压
V
12（DC/AC）
温度补偿范围
℃
-10～+50
允许温度范围
℃
-20～+60
允许过负荷
%F.S.
120
极限过负荷
%F.S.
200
四角误差
%F.S.
0.03
连接电缆
mm
Φ3.8×300
接线方式
输入Input（+）:
Red输入Input（-）:
White
输出Output（+）:
Green输出Output（-）:
Blue
屏蔽Shield:
Yellow
其测量原理：
用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。
当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。
由于内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出：
（2-2）
2.2放大电路的设计
传感器输出电压为毫伏级，而A/D转换器所能处理的电压是0～5V，所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为100～200倍，使输出电压为0～5V。
由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低，故采用三运放结构。
三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点，且有良好的温度稳定性，低噪单端输出和和增益调整方便，适于在传感器电路中应用。
如图3-2所示，图中为增益调节电阻，整个芯片仅为外接电阻，而运放为增益为1的差动输入放大器。
2-2-1放大电路硬件原理图
2.3采集电路的设计
数据采集系统的组成
数据采集系统的核心是计算机，他对整个系统进行控制和数据处理，他由采样/保持器，放大器，A/D转换器，计算机组成。
数据采样保持器
进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即A/D转换的孔径时间。
当输入信号频率较高，由于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差；为了防止误差需在中间加一个功能器件采样/保持器，进行有效、正确的数据采集。
采样/保持器通常由保持电容器、模拟开关和运算放大器组成。
其中对于低速场合可以采用继电器作为开关以减小开关漏电流的影响；在高速场合也可以用晶体管、场效应管来作为开关。
采样保持器的原理：
如图，当开关闭合时，V1通过限电流电阻向电容C充电，在电容值合理的情况下，V0随Vi的变化而变化；当K断开时，由于电容C有一定的容量，此时输出V0保持输入信号再开断开瞬间的电平值。
图2-3-1采样保持原理图
在模拟信号输入通道中，是否需要加采样/保持器，取决于模拟信号的变化频率和A/D转换器的孔径时间；对快速过程信号，当最大孔径误差超过允许值时，必须在A/D转换器前加采样/保持器。
但如果输入模拟量是直流量或者被测信号模拟量随时间变化非常缓慢，采样/保持（S/H）电路可以省去。
A/D转换器
设计中A/D转换器用的是ADC0809A/D转换器，它是8路8位逐次逼近式转换器，结果为8位二进制数据，转换时间短（一般在级），满足题目要求的“实时采样”，并且它的转换精度在0.1%上下，比较适中，适用于一般场合。
由图2.3.3可见，单片机通过读控制线WR和0809片选线控制启动A/D转换及输入通道地址锁存，写控制线WR与ADC0809片选线控制输出允许。
由于ADC0809具有通道地址锁存功能，通道选择ADD.A、ADD.B、ADD.C直接接单片机的数据口。
模拟电压由IN0通道输入，A/D采样电压在0～5v之间变化。
所模拟通道IN0地址口为0AOOOH，但是ADC0809无内置时钟，所以CLOCK由外部时钟信号控制。
图2-3-2A/D转换器和单片机的接口电路
2.4显示电路的设计
显示部分可以将处理得出的信号在显示器上显示，让人们直观的看到被测体的质量，也可以进行报警提示。
LCD液晶显示器是一种极低功耗显示器，从电子表到计算器，从袖珍时仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都广泛利用了液晶显示器。
本设计采用的显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。
可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：
8-位并行及串行两种连接方式。
具有多种功能：
光标显示、画面移位、睡眠模式等。
2.5键盘电路的设计
利用键盘可选择电子秤工作模式、设定测量上限等。
键盘部分采用矩阵式的键盘，采用这种结构的特点是把检测线分为两组，一组为行线，一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上。
矩阵式的键盘的优点是需要的测试线的数量少，对于一个M×N的矩阵键盘与主机连接只需要M+N条测试线，这样键盘的规模越大，矩阵时键盘的优点越显著，当需要的按键数目大于8时，一般都采用矩阵式键盘。
图2-5-1矩阵式键盘结构图
2.6报警电路的设计
报警电路是超过设定的范围，单片机输出信号驱动蜂鸣器发声警报，如图所示，当BDLL端为低电平时，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器报警，反之不报警，这里设定当超过质量的上限时通过软件使8031的P1.0口清零，再过P1.0口出来的低电平信号连接到BELL端蜂鸣器发声报警。
图2-6-1报警电路
3.软件的设计
3.1监控程序的设计
智能仪器的设计既要满足设定的功能的完成如计算等功能的任务功能程序，也要有可以监控仪器仪表正工作，保证其可靠性方面的监控程序。
整个智能仪器的测量都是智能仪器自动完成的，所以设计一套功能完备的监控程序是必须的也是必要的。
监控程序的主要作用是实时的响应来自系统的各种信息，按信息的类别进行处理；当系统出现故障时，能自动的采取有效的措施，消除故障，保证系统能够继续进行正常工作。
3.2数据处理子程序的设计
数据处理子程序是整个程序的核心。
主要用来调整输入值系数，使输出满足量程要求。
另外完成A/D的采样结果从十六进制数向十进制数形式转化。
系数调整
在IN0输入的数最大为5V，要求的质量500g对应的是4.8V，为十六进制向十进制转换方便，将系数放大100倍。
并用小数点位置的变化体现这一过程。
数制转换
数制之间的转换：
在二进制数制中，每向左移一位表示数乘二倍。
以每四位作为一组对数分组，当第四位向第五位进位时，数由8变到16，若按十进制数制规则读数，则丢失6，所以应进行加六调整。
DA指令可完成这一调整。
可见数制之间的转换可以通过移位的方法实现。
其中，移出数据的保存可以通过自乘再加进位的方法实现，因为乘二表示左移一位，左移后，低位进一，则需加一。
否则，加零。
而通过移位已将要移入的尾数保存在了进位位中，所以能实现。
图3-2-2数据处理原理框图
3.3数据采集子程序的设计
数据采集用A/D0809芯片来完成，主要分为启动、读取数据、延时等待转换结束、读出转换结果、存入指定内存单元、继续转换（退出）几个步骤。
ADC0809初始化后，就具有了将某一通道输入的0～5模拟信号转换成对应的数字量00H—FFH，然后再存入8031内部RAM的指定单元中。
在控制方面有所区别。
可以采用程序查询方式，延时等待方式和中断方式。
图3-3-1数据采样原理框图
3.4数据显示子程序的设计
显示子程序是字符显示，首先调用事先编好的8279的键盘显示子程序。
调用8279初始化命令，然后输出写显示命令。
在显示过程中一定要调用延时子程序。
当输入通道采集了一个新的过程参数，或仪表操作人员键入一个参数，或仪表与系统出现异常情况时显示管理软件应及时调用显示驱动程序模块，以更新当前的显示数据显示符号。
图3-4-1显示原理框图
3.5键盘扫描子程序的设计
如图2.5.1所示：
键盘电路设计成4X4矩阵式，由键盘编码方式可以得出0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F，各键键值为：
0D8H,0D0H,0D1H,0D2H,0C8H,0C9H,0CAH,0C0H,0C1H,0C2H,0C3H,0CBH,0D3H,0DBH,0DAH,0D9H。
在程序中可以先判断按键编码，然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元，再进行功能选择或数据处理。
图3-5-1键盘扫描原理框图
3.6报警子程序的设计
由于要求要键盘设定阈值，所以要求有报警电路，报警电路可以有声报警也可有光报警，将设定的阈值与实时显示的值进行比较，如果设定值小于实时显示的值，则将P1.0置为1，将发光二极管点亮，或使蜂鸣器发出声音。
这就需要一段比较程序以及一小段置1清0程序。
图3-6-1报警原理框图
4.
主程序设计
图4-1系统主程序流程图
结束语
随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。
智能仪器的核心部件是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与发展，从而加快了智能仪器的发展。
而传感器作为测
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