A design of the intelligence electronic scales of
micro-controller
Abstract
The development of the modern society has put forward higher request on weighing technology. Currently, the desk-top electronic scales have been great application in commercial trade, but they have many shortcomings such as large volume, high cost, not inconvenience to carry and AC supply power, so they are restricted to use. The usual portable scales are lever scales which are mostly used by residents and spring balance which measure through compression or drawing of spring. They are being rejected for their big measuring errors. People have been expecting cheap Intelligence electronic scales which can measure accurately and be carried conveniently for many years.
This text designs a kind of intelligence electronic scales. It discusses the instrumental working principle, and introduces its error sources and how to distribute the error. Give instrument electric circuit design and software process.
Intelligence electronic scales consist of power, and weighs to spread the machine, A/D conversion, keyboard/switch, list slice, LCD etc. Its technical indictors include : Measuring range from 0 to15 kg; Cent degree is 0.005 kg; Ⅲprecision. The instrument possesses many intelligence functions, such as shelling, overload alarm, unit price enactment, accumulation computation, self-calibrating and so on. For lowering power supply to consume, it can get into “sleep” automatically if the instrument is not measuring for 5 minutes.
The intelligence electronic scales can measure mass rapidly and accurately and communicate value. Furthermore, it is small, simply structured, easy to operate and convenient to carry. The instrument is able to meet the needs of commercial trade and residents, so its application has a bright future.
Keyword: Intelligence electronic scales， Weigh to spread a feeling machine，A/D
conversion， micro-controller 8051， Error margin analysis， Software design
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第一章 绪 论
质量是测量领域中的一个重要参数,称重技术自古以来就被人们所重视?1?。公元前，人们为了对货物交换量进行估计，起初采用木材或陶土制作的容器对交换物进行计量，以后，又采用简单的秤来测定质量，据考证，世界上最古老的计量器具出土于中东和埃及，最古老的衡器和砝码出自于埃及。秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。低成本、高智能化的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。
本章简述称重技术和衡器的发展过程，论述提出新型便携式电子秤的意义，介绍项目研究背景、关键技术等。
1.1 称重技术和衡器的发展
衡器是通过作用于被测量物体的重力来确定该物体质量的计量器具。在整个衡器的发展过程中，先后主要出现了六种类型的衡器：架盘天平、不等臂平台秤、吊车秤、倾斜象限杆秤、弹簧秤和自动秤。其中，不等臂平台秤（“十进秤”）是当今动态轨道衡的鼻祖，至今它仍是最通用的一种秤。
第一次世界大战后，由于贸易和工业发展的需要，急需能进行快速称重的衡器。机械式衡器在此期间得到很大的发展。当时以倾斜杠杆案秤占绝大多数，读数装置除扇形度盘外，还有滚筒形度盘，从而扩大了读数范围并可附加价格标尺。以后又出现了用于工业的带双摆锤测量机构的圆形度盘指针式秤和成本低廉、带投影标尺的倾斜式杠杆秤。
第二次世界大战后出现了电子衡器，它主要由称重显示控制器，称重传感器和电器控制等部分组成，其发展过程与其它事物一样，经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。二十世纪50年代中期，为了把衡器引入生产工艺过程中去，使称重过程自动化，电子技术渗入了衡器制造业。60年代初期，出现了称量工作是机械式的，与称量有关的显示、记录、远传式控制等功能是电子方式的衡器，即机电结合式电子衡器。近30年以来，工艺流程中的现场称量、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。这是因为电子衡器不仅能给出质量或重量值的信号，而且也能作为总系统中的一个单元
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承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。电子衡器具有反应速度快，测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传、便于计算机控制等特点，计量精度高，而且实现了多功能、多用途。
1.2电子秤的发展现状和发展趋势
一、发展现状
电子衡器已被广泛应用于各个行业，近年来愈来愈多地参与到数据处理和过程控制之中，使现代称重技术和数据系统成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成部分。
电子衡器种类繁多，且涉及到贸易结算和广大消费者的利益，所以为世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为我国强制管理的法制计量器具。电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理、严格生产、贸易结算，交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。
50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到国际90年代中期的水平。电子衡器制造技术及应用得到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重技术发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；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。但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。 二、发展趋势
电子秤是载于秤的台座，盘，钩上的物品的重量由传感器蠕变反应平衡，而由仪器数字显示的电子衡器。电子秤集机、电、仪于一体，具有多功能、高精度、快速和动态计量、稳定可靠等特征，代表了衡器产品发展的方向。电子秤属于日用衡器，为劳动密集型产品。
电子秤产品总的发展趋势是小型化，模块化，集成化，智能化；其技术性能趋向是速率高，准确度高，稳定性高，可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制
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信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合型?2?。
（1） 小型化
近几年新研制的电子平台秤结构充分体现了体积小、高度低、重量轻（即小、薄、轻）的发展方向。对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤，可采用将薄型或超薄型的圆形称重传感器，直接嵌入钢板或铝板底面与称重传感器外径相同的盲孔内，形成低外形的秤体结构，称重传感器的数量和位置由秤的额定载荷和力学要求计算决定。钢板或铝板就是秤体的台面，称重传感器既是传感元件，又是承力支点，极大地简化了秤体结构，减少了活动连接环节，不但降低了成本，而且提高了稳定性和可靠性。对中等或较大容量的电子平台秤、电子地上衡，已经出现了采用方形或者长方形闭合截面的薄壁型钢，并联排队列焊接成一个整体的竹排式的秤体，4个称重传感器分别安装在最外边两根薄壁型钢两端的切口内，安装在称重传感器承力点上的固定支承就是秤体的承力支点，既简化了承力传力机构，又节瘁了秤体高度，这是一种很有发展前途的秤体结构。对于大型电子平台秤，可利用有限元法进行等强度和刚度计算，采用抗弯刚度大的型材和轻型波纹夹心钢板等。
（2） 模块化
对于大型或超大型的承载结构，如大型静动态电子汽车衡等，已开始采用几种长度的标准结构的模块，经过分体组合，而产生新的品种和规格。以5、6、7m长的同宽度3种标准模块为例，由单块、二块、三块到四块分体组合，可以组合成长度为5～28m的22种规格的分体式秤体结构。当然在实际应用中，根据各行业用户的需要，选择其中10余种常用的标准规格即可。这种模块化的分体式秤体结构，不仅提高了产品的通用性、互换性和可用性，而且也大大的提高了生产效率和产品质量。同时还降低了成本，增强了企业的市场竞争能力。
（3）集成化
对于某些品种和结构的电子衡器，例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。
如秤体与称重传感器一体化的便携式静动态电子轮轴秤，多用硬铝合金厚板制成，其结构原理是经过固溶热处理强化的铝合金板，或通过在4个角上钻孔和铣槽分别形成4个悬臂梁型称重传感器；或在铝合金板的底面铣出多个对称的盲孔和盲槽形成整体剪