楊崇海

摘要：本文提出的設(shè)是以STC89C52RC作為主控制芯片，并運(yùn)用四片1K的電阻應(yīng)變片搭建成惠斯通全橋電路構(gòu)成稱重傳感器、以及24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片HX711、LCD1602液晶顯示屏等器件，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)易電子秤，具有稱重、計(jì)價(jià)、去皮等功能。工作原理為，首先電阻應(yīng)變片產(chǎn)生形變，將砝碼質(zhì)量變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，并經(jīng)過(guò)放大，濾波以及A/D轉(zhuǎn)化，最終將電信號(hào)送往單片機(jī)處理，通過(guò)算法得到物體質(zhì)量，同時(shí)該系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了通過(guò)觸摸按鍵對(duì)電子秤設(shè)置單價(jià)，并計(jì)價(jià)與去皮等功能。

關(guān)鍵詞：電阻應(yīng)變片；電子秤；單片機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）04-0211-01

1 引言

稱重是一種從古至今一直受人們關(guān)注的技術(shù)，涉及到生活的方方面面。稱重的不準(zhǔn)確，導(dǎo)致了生產(chǎn)不能標(biāo)準(zhǔn)化，制約了生產(chǎn)力的發(fā)展。因此人們對(duì)于高精度稱重裝置的研究一直沒(méi)有停止。隨著科技的不斷發(fā)展，稱重裝置也從原來(lái)傳統(tǒng)的模擬式轉(zhuǎn)變成數(shù)字式，單參數(shù)，動(dòng)態(tài)測(cè)量轉(zhuǎn)化為多參數(shù)，動(dòng)態(tài)測(cè)量。精度和可靠性得到很大的提升，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，而且體積也越來(lái)越小。本文以電阻應(yīng)變片的形變做為輸入量，STC89C52RC為核心設(shè)計(jì)了一款體積小，精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)的智能電子秤系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)方案

該電子簡(jiǎn)易稱通過(guò)電阻應(yīng)變片傳感器采集由質(zhì)量引起的壓力變化，并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的變化，并對(duì)單片機(jī)輔以按鍵控制，以及LCD1602顯示屏顯示結(jié)果。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

（1）傳感器模塊：本系統(tǒng)利用全橋電路將電阻應(yīng)變片設(shè)計(jì)成惠斯特電路，能夠有效的抑制溫漂，減少誤差，當(dāng)應(yīng)變片受力變形時(shí)，其電阻值也變化，電橋?qū)⑤敵鱿鄳?yīng)的電信號(hào)。（2）A/D轉(zhuǎn)換模塊：考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性及工序簡(jiǎn)單性，模數(shù)轉(zhuǎn)換部分采用低功耗，高精度，24位A/D轉(zhuǎn)換器HX711。能夠做到很高的精度，滿足了電子秤的使用。（3）單片機(jī)模塊：STC89C52RC單片機(jī)，具有價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，采用此芯片可以控制其他各個(gè)模塊，是整個(gè)系統(tǒng)能夠工作的核心所在。（4）顯示模塊：本設(shè)計(jì)選用顯示數(shù)字、字母較好，控制又比較方便的LCD1602液晶顯示屏。將所有信息輸入都顯示在屏幕上面，用戶可以直接觀察到稱重的質(zhì)量，單價(jià)等必備的信息，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互。（5）矩陣鍵盤(pán)模塊：采用4*4薄膜矩陣鍵盤(pán)來(lái)控制電子秤的計(jì)價(jià)（十個(gè)數(shù)字鍵）、累加、去皮功能。矩陣鍵盤(pán)是機(jī)械彈性的，斷開(kāi)和閉合并不能瞬間穩(wěn)定的接通，因此需要通過(guò)軟件進(jìn)行消抖，原理就是要給予斷開(kāi)和閉合一定的延時(shí)時(shí)間，可以在檢測(cè)到按下的時(shí)刻，延時(shí)10ms，消除抖動(dòng)后再檢測(cè)鍵盤(pán)的電平，如果檢測(cè)到相同的電平那么說(shuō)明確實(shí)按下了按鍵。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分用c語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先執(zhí)行各個(gè)功能模塊的初始化，初始化包括功能模塊內(nèi)部功能的設(shè)置，與主控芯片連接的IO口模式的設(shè)置，在做完所有準(zhǔn)備工作工作之后系統(tǒng)進(jìn)入程序死循環(huán)，在死循環(huán)中主要完成A/D值采集，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示刷新。

5 功能檢查

5.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量

測(cè)試方法：測(cè)量簡(jiǎn)易電子秤上的砝碼重量，將砝碼從5g～500g依次放入托盤(pán)中，觀察穩(wěn)定后LCD顯示屏顯示的ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，記入表格中，并用測(cè)試質(zhì)量減去砝碼質(zhì)量得到誤差值，記錄誤差值的大小，如表1。

5.2 誤差分析

造成誤差的原因與稱重環(huán)境的溫度，應(yīng)變片的粘貼，程序中的數(shù)據(jù)處理有關(guān)，因此提出改進(jìn)，首先從電路方便著手，抑制溫漂，使得溫度的影響降低。其次從粘貼應(yīng)變片的工藝出發(fā)，減少人為因素造成的影響。還需要對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化，使得經(jīng)過(guò)系數(shù)修正后，電阻應(yīng)變片的形變量與電壓量呈線性關(guān)系。

6 結(jié)語(yǔ)

稱重質(zhì)量在5～200g時(shí)，誤差不超過(guò)0.5g；在200～500g時(shí)，誤差不超過(guò)1.0g。

從測(cè)試結(jié)果上分析，該電子秤較精確，能夠滿足人們的基本生活需要，并且成本較低，穩(wěn)定性好。本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心控制單元，采用電阻應(yīng)變片稱重傳感器采集砝碼重量變化，并合理地使用了HX711，實(shí)現(xiàn)了放大，濾波，A/D轉(zhuǎn)換，最終將所得信號(hào)送往單片機(jī)進(jìn)行處理，考慮到稱重系統(tǒng)的非線性，采用全橋電路，消除其他方面的影響，使測(cè)得數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。另一方面本設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了按鍵設(shè)置單價(jià)與計(jì)價(jià)，去皮功能。在實(shí)現(xiàn)基本功能的前提下，本系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了稱重超量程時(shí)報(bào)警的功能，設(shè)置了安全保障。

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