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此推向了新的阶段，一个成功企业，无不重视高新技术的应用，使高新技术紧密和行业特征相结合，技术成了市场竞争的核心，我国的电子衡器技术在我国的大力支持下，己经取得了很大的发展，但与实际需要还有很大差距。而从电子衡器的综合水平，尤其是在动态电子称量方面，与国际水平不但没有接近而是拉大了距离，致使我国要进口很多的称量装置，消耗大量的外汇，如果我国早点重视这个问题，就我国的工业基础和技术力量，完全有能力将自动化称量技术形成产业化的市场产品，关键在于充分的重视和正确的导向，先择适宜的起点，瞄准国际先进水平，摒弃低水平重复，将我国的电子称量技术推向一个新的好层次是完全可能的。
国内从20世纪60年代中期开始研制和生产电子秤，初期为模拟指针式，20世纪80年代中后期发展成数字式，20世纪90年代末至21世纪初已研制开发出微机式产品。表1-1[1]国内外电子衡器准确度对比表。总体来说，目前国内电子衡器的发展水平相当于发达国家20世纪90年代的水平。少数产品的技术已处于国际领先水平，例如中船重工集团第七○七研究所研制的HW-2000动态汽车衡的几项新技术：无开关判别车辆、浅基坑整体秤台和无基坑结构以及防作弊功能。
表1-1外电子秤衡器准确精度对比
名称 商用静态秤 静态工艺秤 动态计量皮带秤 动态轨道衡 动态汽车衡 国内准确度 3 000 d 0.15%～0.3% 0.25%～0.5% 0.2级 0.2级 国外准确度 6 000 d 0.1%～0.3% 0.1%～0.25% 0.2级 0.2级 国内电子衡器数量所占比例仅为衡器的6.6%；品种少，功能不齐全；关键元器件的稳定性和可靠性与进口产品比较还有差距。表2为国内外电子衡器占衡器比例对照表。
表1-2 国内外电子衡器占衡器比例对照表 区域 国内 国外 工业电子衡器比例/% 40.8 80～90 商用电子衡器比例/% 6.4 50～60 发达国家在电子称重方面，无论从技术水平、品种和规模等方面都达到了较高水平，特别是在准确度、长期稳定性和可靠性等方面都有了很大的提高。静态商用秤已做到OIML规定的3000d，最高可做到6000d；在稳定性方面要求1年内不允许超差；在可靠性方面称重传感器在正常使用条件下的寿命一般在10年以上，仪表的平均故障间隔时间(MTBF)都超过了2000h，有些产品达到了5000 h；工业用电子秤的准确度一般能做到。
称量问题是一个传统的问题，日常生活有各种应用场合，在实际的应用中人们关心的是称量的精度，即尽可能准确地称出物体的重量，所以在传统的方法中主要是研究如何利用各种原理来提高秤的精度，近年来称量技术取得了惊人的发展，主要是由静态称量到动态称量、在线称量和模型化称量方向发展，尤其是动态数学模型的建立、系统理论、模糊理论、人工智能、神经网络、数字滤波、振动理论、阻尼技术等科学技术在称量领域中的
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广泛应用，系统的自诊断、自适应及功能自组织扩展形成、组合化和功能自适应方向发展。例如在称量系统中采用二阶系统自回归滑动平均模型，使称量时间在不超过一个振荡周期的情况下，就可以获得精密的称量结果，这种将事先掌握的信息和实验数据结合的称量技术，将成为称量技术的扩大应用的主要发展方向。 近年来电子称量技术和电子衡器总的发展动向为[2]: (l)小型化:体积小，高度低，质量轻，即小薄轻。
(2)模块化:电子衡器的承载器采用模块式一体组合或分体组合，不但提高了产品的通用性和可靠性，而且也大大提高了生产效率，降低了成本。
(3)智能化:与电子计算机组合或开发称量用计算机，利用计算机的智能来增加称量显示器的功能，使其在原有功能的基础上增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能。
(4)集成化:对于某些电子衡器可以实现承载器和称量传感器一体化。
(5)综合性:电子称量技术与电子衡器产品的应用不断扩大，已渗透到一些学科和工业自动控制领域。
(6)组合性:在工业生产过程或工艺流程中局有可组合性，即称量范围可以任意设定:硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整等。
1.3电子称重系统中相关概述
衡器(或电子秤)是配有电子称量装置的衡器，主要由称重传感器、承载器(俗称秤架)、称重仪表3部分组成。电子衡器的工作原理是将作用在承载器上的质量或力的大小，通过称重传感器转换为与之成正比的电信号，并且，以模拟或数字量的形式在称重仪表上显示出来。
电阻应变式传感器可测量位移、加速度、力、力矩等各种参数，是目前应用最广泛的传感器之一。它具有结构简单，性能稳定、可靠，灵敏度高，测量速度快等优点。电阻应变片传感器种类繁多，形式各样，根据敏感元件的形态不同，将金属式电阻应变片分为丝式应变片和箔式应变片两种传感器。丝式应变片是将电阻丝绕制成敏感栅粘贴在各种绝缘基底上制成的，是一种常用的应变片，它由敏感栅、基底和盖片、粘贴剂和引线4部分组成。电阻应变片的工作原理是基于金属的电阻应变效应，金属丝的电阻值随着它所受的机械变形而发生相应变化。
单片机型号方面，选用上最常见的MCS-51系列的AT89S51。该系列的单片机是采用高性能的静态80-C51设计，由先进CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器。支持12时钟和6时钟操作。包含128字节RAM，32个I/O口脚，2个16位定时/计数器，5输入2优先级嵌套中断结构，1个串行I/O口可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路。
ADC0809模数转换器是一种常用的8路8位A/D转换器，通常外部设备与计算机连接，要通过输入、输出指令，选择通道读取信号这样作不仅硬件复杂，而且软件编程指令用的多。
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1.4本课题的主要研究目标及内容
称量问题是一个传统的问题，日常生活有各种应用场合，在食品、医药、化工等行业都有。近年来，人们对衡器的要求也变得更高了：更简洁、准确、安全和高效。测量特点从单参数测量向多参数测量发展特别是对快速称重和动态称重的研究与应用，已为世界各国所关注。可以说电子称重技术的发展水平，已成为衡量一个国家科学技术水平和工业发达程度的重要标志之一。因此，本论文设计的基于单片机控制的电子称重系统具有一定的实用价值和意义。 论文的主要内容：
（1）电子称重压力系统的硬件设计，包括压力传感器产生压力、放大电路模块、A/D转换、单片机以及LED数码管的设计模块。
（2）单片机的软件设计、ADC0809与单片机的通信、LED的显示模块，整体电路的调试与分析。
1.5本章小结
主要介绍了电子称重技术的发展历史以及前景，国内外情况的对比与分析，并提了电子秤在现实生活、工业上的重要性。同时，还简单概述了系统中的一些重要硬件芯片以及相关的设计内容。
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第2章 系统的硬件设计
2.1总体设计
传感器是称重系统的最重要部件，系统通过称重压力传感器的应变信号测得物料的重量。称重传感器实际上是一种将质量信号转换成可测量的电信号的输出装置。称重压力传感器实际上是一个高灵敏电桥，它通过称重桥与承重杆相连，当物料的重量压在传感器上，使压力传感器应变片电阻变化时，电桥产生不平衡电压，此不平衡电压经放大后即为称重信号。根据传感器稳定性、测量精度、灵敏度和使用环境要求选择了压阻压式称重传感器，度为0.02%。为了防止过载，使传感器损坏，本系统选用量程为300g的传感器，电桥电压为直流25v。将一个小于300g的物体放到秤盘上也就是传感器上，经过放大、滤波、A/D转换将其电信号传入控制器，控制器将其作为控制信号输出到显示器（LED），显示器将其输出。 硬件结构框图：
负 荷 称 重 传 感 器 放 大 电 路 滤 波 A/D 转 换 器 控制系统 LED 显 示
图2-1硬件设计图
2.2传感器的工作原理及其仿真分析
2.2.1工作原理
压力传感器是用来测量压力的大批量规模生产的计量或传感元件。本文应用[3]代微电子技术，在单晶硅片的特定晶向上，制成应变电阻并且将它们连接构成惠斯顿电桥，同时利用半导体材料的压阻效应和硅的弹性力学特性，用集成电路工艺研制体积小、灵敏度高、精度高、动态特性好、耐腐蚀、零位小的固态压阻压力传感器。制作过程中由于硅是一种各向异性材料，不同晶向的材料参数不一样，理论设计往往与实际有很大差别。本文对单晶硅衬底的轴对称模型进行分析、模拟，以实现硅微结构的合理设计，减少物理实验的过程，缩短研制周期，以达到优化设计的目的。
压阻式压力传感器的性能与结构和制造工艺有着密切的关系，而传感器基本结构的
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确定应同时考虑性能和工艺可行性这两个因素。下图是该传感器结构示意图：
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图2-2 传感器结构示意图
其中：1、压阻薄层条敏感元件，2、向上的压力，3、向下的压力，4、衬底硅元件，其1电阻率随应力的变化而变化。压阻效应就是对于金属或半导体材料，若沿它的某一晶面加以压力或拉力时，其晶格内部将产生畸变，这一畸变将导致晶体内部能级构造的变化，进一步导致载流子相对能量的改变，从而引起晶体固有电阻率变化的物理现象。由于导电
1体的电阻为:R??，一般的电阻变化率与压力的关系由下式：
s
??ij???ijki?kiki （1）
其中，??ij为电阻变化率；?ijkl为压阻系数；?kl为压力；金属或半导体材料由于其电阻率的变化而导致的电阻相对变化为：
其中，式中: ?i为纵向应力；?j久为横向应力，?j气为纵向压阻系数，?i为横向压阻系数。可见，若能将在应力下材料变形导致的电阻变化?R检测出来，并且将其与外作用力对应起来，便从原理上达到了测量压力的目的。一般来说，电阻的变化量是不便于直接检测的，需将其转换为方便检测的电学量的变化。本传感器电路为了取得更高的电压灵敏度和低温度敏感性采用常用的惠斯顿电桥[4]如下图：
?R??i?i??j?j （2） R
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