严正长：电子秤设计
1. 智能电子秤系统的概况
简单，成本随着自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、智能化、性价比等方面越来越难以满足人们的需要，尤其对一些微小质量的测量更显得力不从心。为了实现高智能化的微小质量测量，以及 商业流通领域中经常进行各种精度范围的重量测量，传统的秤砣加秤盘模式已经很难适应现代商业零售的需要。同时商品种类的繁多和对服务更高的要求也促使电子秤的功能进一步扩展，而成为集度量、结算于一体的商业销售终端。
本着这些思想，本商用电子秤系统设计由传感器、A/D转换、单片机和LED显示器等组成，具有结构低，精度高等优点。
1.1 电子秤的发展史
早在20世纪80年代，美国、德国等工业发达国家，就开始了数字式称重传感器和数字称重系统的预先研究和初期开发工作，经过十余年的努力，推出了多种数字式智能称重传感器及其称重系统，在电子称重领域备受瞩目,有力的推动了电子衡器数字化和数字称重系统的发展。
我国数字式智能称重传感器的研究开发始于 20世纪90年代中后期，在短短几年时间里，研制出安装在模拟式称重传感器内部的小型数字化单元，完成了模拟信号与数字信号之间的转换，变模拟式称重传感器为数字化称重传感器，并应用于大型电子汽车衡和电子配料秤等小型称重系统中，取得了较好的测试结果。近年来，又在数字化称重传感器的基础上，研究与实践数字式智能化电路，数字补偿技术与数字补偿工艺，开发整体型数字式智能称重传感器和分离型模块化数字称重传感器系统，已经取得了阶段性成果。可以预计，很快就会在电子衡器数字化和数字称重系统中，见到国产的数字式智能称重传感器和模块化数字式称重传感器系统。
1.2 智能电子秤应用范围
随着科学技术和经济的发展，出售商品品种的增加，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越来越高。智能电子秤正是利用它精确、智能、方便、明了、可靠的特点，广泛应用在商业、企业、日常生活等各个领域。
1.3智能电子秤的研究动态
称重技术的突破是微处理机的应用。称重技术的这种发展是由于不仅要求获得静态称重数
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华东交通大学毕业设计
据，而且进一步要求称重工作的自动化，实现快速称量，以及测量各种动态参数，提高测量精度和各种数据的及时处理。这些精度、速度、性能和功能方面的要求是传统的机械测量系统无法满足的。也就是说、这种技术发展中的突破是必然的结果。
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2.智能电子秤的工作原理
2.1 智能电子秤性能及技术要求
（1）商场自动称重装置，并显示重量，手工设置单位价格，计算显示总价。 （2） 采用4位半共阴（或共阳）LED显示。
2.2 工作原理
根据智能电子秤的性能及技术要求，选择AT89C52单片机为核心，组成称量系统。系统主要有AT89C52单片机、A/D转换器、键盘/显示电路、传感器、放大电路、锁存器、等组成。
当商品放到秤盘上时，秤盘下的重量变化产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入AT89C52单片机经过数据处理，AT89C52单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入AT89C52单片机，经过数据处理，送至显示电路显示出商品单价。物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。
2.3 基本结构
该系统采用应变片式传感器进行测量，得出模拟信号；再进行放大和模数转换，然后送入单片机行处理。由A/D接口模块、主机接口模块、键盘与显示模块组成。
称重传感器 前置放大器 模数转换器 单片机 接 口 键 盘 盘 显示器
该结构共分五大部分，即信号采集部分：利用称重传感器获取外部重量信息；信号放大部分；模数转换部分：利用A/D转换器把输入的模拟信号转换成数字信号以送到单片机进行处理；单片机控制部分：单片机是中央控制系统，它接受外部送进的各种数据和控制信息，通过运算和处理，然后送到外部以实现显示等需要；人机接口部分：人机联系部件有键盘、显示器等，这些部件同主机电路的连接是由人机接口电路来完成的。人机接口技术是智能仪表和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一。
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3 智能电子秤的硬件设计
3.1信号采集电路
（1）本设计选用弹簧做为传感器。被测量的力通过弹簧它所产生的弹性变形来改变接入电阻的大小，从而使电路中的电流发生改变，电流的改变与所称重量称一定的正比关系。要求称重范围 10Kg ，重量误差不大于 +0.005Kg ，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，所以传感器量程必须大于额定称重即10KG 。
（2）压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以要接入放大器。我们考虑可以采
用专用仪表放大器INA128 此芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。 放大器增益 改变Rg的大小来改变放大器的增益。 INA128放大器如图3-1所示
，通过
：
图3-1放大器INA128引脚图
通过调节Rg的阻值来改变放大倍数。微弱信号从第3脚输入放大后从INA128的第6脚输出，2，5脚接地，1，7脚接5V电压。
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（3）经过放大电路的信号是模拟信号即模拟量，需要把它变成数字量才能送入单片机控制系统受理，所以需要有A/D转换电路。由对传感器量程和精度的分析可知， A/D 转换器误差应在 0.03%以下 ：
8位A/D精度： 10Kg/256=39.06克 12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=2.44g 14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=0.61g
考虑到其他部分所带来的干扰 ,8位 A/D 无法满足系统精度要求。作为一般小商品称重需求，我们只需要选择12位的A/D转换器就可以了。 双积分型 A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。
作为电子秤，系统对 AD的转换速度要求并不高，精度上12位的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ICL7109。ICL7109输出12位二进制码，且与微处理器有较好的兼容性，可与AT89C52直接相连，接口原理图见图3-2。
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