本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)AT89C52的便 攜式電子秤，闡述了便攜式電子秤的工作 原理，重點(diǎn)介紹了便攜式電子秤的硬件電 路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)流程。經(jīng)測(cè)試，電子秤 的各項(xiàng)性能均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級(jí)秤 的指標(biāo)。

引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電氣行業(yè)現(xiàn)代 化程度的不斷提高，生活中的電子產(chǎn)品也 越來越多。電子秤是生產(chǎn)生活中常用的稱 量裝置，其應(yīng)用簡(jiǎn)單方便、體積小、稱量 速度快，被廣泛地應(yīng)用于商業(yè)、工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、服務(wù)業(yè)等各個(gè)部門。筆者設(shè)計(jì)一種以 Atmel公司的單片機(jī)AT89C52為核心，結(jié) 合A/D轉(zhuǎn)換器的高精度便攜式電子秤，其 最大量程為51kg，分度值為5g，檢定分度 數(shù)為51000/5=10200，達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 的二級(jí)秤指標(biāo)。

1.便攜式電子秤的工作原理

便攜式電子秤以單片機(jī)AT89C52為 信息處理核心，外圍電路主要有電源模 塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)放大積分模塊、數(shù) 據(jù)儲(chǔ)存模塊、鍵盤及顯示輸出模塊、電壓 報(bào)警模塊等部分組成，其原理圖如圖1所 示。電源電路為系統(tǒng)提供+5V直流穩(wěn)壓電 源。當(dāng)被稱重物體放于秤盤（壓力傳感器） 上時(shí)，傳感器產(chǎn)生與被測(cè)物體相對(duì)應(yīng)的電 壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大電路放大，積分電路 初步數(shù)字化之后單片機(jī)接收，單片機(jī)再進(jìn) 行數(shù)字濾波、處理輸出給LCD，顯示被稱 物體的質(zhì)量，完成稱重功能。同時(shí)還可以 通過鍵盤操作，實(shí)現(xiàn)秤初期制作時(shí)的標(biāo)定 及使用中背光等不同功能的選擇。電子秤 還具有電源監(jiān)測(cè)功能，可以完成低電壓報(bào) 警。

2.便攜式電子秤的硬件電路設(shè)計(jì)

電子秤的硬件電路設(shè)計(jì)以AT89C52 為核心，設(shè)計(jì)完成各功能的外圍電路，使 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，功能齊全。

2.1傳感器電路工作原理

秤盤只一種為了支撐被稱重物體而設(shè)計(jì)的支架，重點(diǎn)部件壓力傳感器安裝于 此部分。壓力傳感器即為能感受壓力并將 壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。 本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中選用電阻應(yīng)變片壓力傳感 器，金屬電阻應(yīng)變片選金屬箱應(yīng)變片。將 應(yīng)變片通過特殊的黏合劑緊密的黏合在產(chǎn) 生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力 變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，由 于金屬導(dǎo)體電阻的公式為R= P L/S,只要 應(yīng)變片的長(zhǎng)度或橫截面積改變，則應(yīng)變片 的阻值就會(huì)發(fā)生改變，從而使加在電阻上 的電信號(hào)發(fā)生變化。假如金屬受外力作用 而伸長(zhǎng)時(shí)，其長(zhǎng)度增加，而截面積減少，電 阻值便會(huì)增大。當(dāng)金屬受外力作用而壓縮 時(shí)，長(zhǎng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì)減 小。只要測(cè)出由于受力而產(chǎn)生的電阻變 化，即可獲得變化的電信號(hào)。

2.2信號(hào)放大積分電路設(shè)計(jì)

信號(hào)放大電路選用工作狀態(tài)穩(wěn)定，價(jià) 格合理的OP07，該芯片是一種低噪聲的雙 極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有 非常低的輸入失調(diào)電壓，所以不需要額外 的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流 低和開環(huán)增益高的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高 開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于放 大傳感器的微弱信號(hào)。150 u V的超低偏 移，1.8nA的低輸入偏置電流，0.5 u V/ °C的低失調(diào)電壓漂移，這些優(yōu)點(diǎn)足以說明 OP07做傳感器的放大電路極其適合，甚至 優(yōu)于16位或24位的A/D轉(zhuǎn)換器。放大電 路如圖2所示。

模擬信號(hào)運(yùn)放電路放大后，還需要進(jìn) 行數(shù)字化處理，本設(shè)計(jì)沒有直接選用A/D 轉(zhuǎn)換芯片，而是選用了 LM324比較器，如 圖3所示。利用比較器的數(shù)字化功能，既 能將信號(hào)數(shù)字化處理，同時(shí)又消除了噪 聲，將微弱信號(hào)或噪聲信號(hào)直接過濾掉， 增加了信號(hào)的可靠性。到此信號(hào)的硬件采 集處理已完畢，再將信號(hào)輸入單片機(jī)的輸 入引腳，實(shí)現(xiàn)軟件的信號(hào)采集。

2.3 LCD顯示電路設(shè)計(jì) 為了使用方便，顯示效果明了設(shè)計(jì)中 選用點(diǎn)陣式LCD，驅(qū)動(dòng)芯片選用128點(diǎn)的 HT1621，其讀、寫、片選引腳均由單片機(jī) 控制，信號(hào)采集處理計(jì)算后，結(jié)果經(jīng)LCD 輸出顯示。

2.4電源監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì) 由于本產(chǎn)品為便攜式產(chǎn)品，所以提供 AC220V及9V電池兩種供電方式，選用電 池供電方式，就涉及電池電量低提前報(bào)警 的功能，特設(shè)計(jì)電源監(jiān)測(cè)電路，設(shè)置電源 電壓報(bào)警點(diǎn)，結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)當(dāng)電池電量低 于7.5V時(shí)，發(fā)出提示信號(hào)，顯示在LCD屏 幕上，提醒用戶更換電池，當(dāng)電池電量達(dá) 到6.5V時(shí)，再次發(fā)出電源報(bào)警信號(hào)，并提 示用戶關(guān)機(jī)斷電，拆下電池。硬件電路中 利用兩級(jí)電壓比較來實(shí)現(xiàn)，電路如圖4所示。

3.便攜式電子秤的軟件設(shè)計(jì)

便攜式電子秤的軟件設(shè)計(jì)主要包括系 統(tǒng)初始化子程序、功能鍵處理子程序、秤 標(biāo)定校準(zhǔn)子程序、數(shù)據(jù)采集處理子程序、 顯示子程序、電源信號(hào)報(bào)警子程序等。便 攜式電子秤的主程序框圖如圖5所示，系 統(tǒng)首先完成傳感器信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，進(jìn)行 濾波處理，然后保存于單片機(jī)內(nèi)部的各種 判別程序處理，最終獲得稱重結(jié)果，經(jīng)過 LCD輸出顯示。

4.結(jié)語

筆者以ATMEL公司的AT89C52為核 心，設(shè)計(jì)了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的便攜式電子 秤。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《非自動(dòng)秤通用檢定規(guī) 程JJG555-1996》的要求，利用M1級(jí)的檢 定砝碼，對(duì)本電子秤的線性度誤差、四角 偏載誤差、零點(diǎn)誤差等進(jìn)行檢定，結(jié)果如 表1 :

檢定結(jié)果表明，該便攜式電子秤的各 項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的二級(jí) 秤指標(biāo)。