电子秤的探讨文献综述

电子秤的探讨 摘 要 数显电子秤是现今生活中常用的电子秤重衡器 在各大超市 大中型商场 物流 配送中心都可以看到 数显电子秤在结构和原理上取代了传统的机械式称量衡器 与 传统的机械式称量衡器相比较 数显电子秤具有称量高精度 应用范围广 易于操作 使用等优点 在工作原理 结构和材料上都是全新的计量衡器 本文的主要介绍了数显电子称的实现 以及数显电子称在现实生活中的应用以及 商业价值 整个电子称系统能够智能化的实现自动测量 自动报警 直观显示等功能 可以更好的应用于不同的应用场合 适应了中小型市场发展的需要 实现了对市场上 要求测量方式便捷 快速 准确的的多样化需求 数显电子称不仅解决了传统测量的 各种弊端 而且还具有广阔的商业价值 极大的方便了市场上的测量问题 关键词 关键词 电子称 单片机 AT89C51 称重传感器 A D 转换 液晶显示器 1 引言 随着电子高科技的快速发展 电子称重技术也定将日新月异 功能更加齐 全的高精度的先进电子称将会不断问世 其应用范围也会更加广阔 从实际情 况看来 目前中小型市场上使用的称量工具 主要还是以杆秤 台秤 小型简 易电子称为主 操作简单但精度比较低 而且调整时间长 运行不可靠 易损 件多 维修困难 能源消耗大 生产成本比较高 这些特点导致了中小型市场 上电子称产品的整体水平偏低 产品质量在低水平徘徊 在这些中小型市场 称重仪器选择的局限性 已逐渐无法满足越来越走向现代化的需求 对电子称 的要求不仅仅要简便而且要更公平更合理 对精度不仅有要求 对功能也有更 多的期望 电子称不仅要称量较重物体 还能够更精确的称量较轻的物体 比 如茶叶和药材等 要求精度更高 称量更准确 1 数显电子称便是基于此而提 出的研发课题 不仅能够自动切换精度进行测量不同物体 还能够克服上述诸 多缺点 实现操作简易 维修容易 调整时间短 不易损坏等特点 还具有较 大的实用价值 2 数据显示模块 LCD 显示的框图如图 1 图 1 数显电子称 LCD 显示的框图 LCD 液晶显示器 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体 两片 玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线 透过通电与否来控制杆状水晶分子改 变方向 将光线折射出来产生画面 3 我们对液晶显示器并不陌生 液晶显示 模块已作为很多电子产品的通过器件 如在计算器 万用表 电子表及很多家 LCD 显示 单片机 键盘控制 用电子产品中都可以看到 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以 下几个优点 显示质量高 数字式接口 体积小 重量轻 功耗低 目前单片机技术比较成熟 功能也比较强大 被测信号经放大整形后送入 单片机 由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测 物体的重量 单片机控制适合于功能比较简单的控制系统 而且其具有成本低 功 耗低 体积小算术运算功能强 技术成熟等优点 但其缺点是外围电路比较复杂 编程复杂 使用这种方案会给系统设计带来一定的难度 但是这种方案加强了 人机交换的能力 而且满足设计要求 3 单片机的介绍 生活中很多智能化电子设备都是以单片机为主控制的 它可以容易地将计 算机技术和测量控制技术结合在一起 并且只需要改变软件程序就可以更新换 代的 智能化测量控制系统 这种新型的智能仪表在测量过程自动化 测量结 果的数据处理以及功能的多样化方面 都取得了巨大的进展 再则由于系统没 有其它高标准的要求 又考虑到单片机中程序部分比较大 根据数显电子称的 原理的分析 这样一个简单的数显电子称 可以选用带 EPROM 的单片机 由 于应用程序不大 应用程序直接存储在片内 不用在外部扩展存储器 这样电 路也可简化 4 AT89C51 内部带有 8KB 的程序存储器 片内存储器采用闪速存储器 使程序写入更加方便 基本上已经能够满足我们的需要 并且 AT89C51 单片 机特点能与 MCS 51 兼容 有 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命能够达到 1000 写 擦循环 数据可以保留时间长达 10 年 全静态工作 0Hz 24MHz 三级程序存储器锁定 128 8 位内部 RAM 32 可编程 I O 线 两 个 16 位定时器 计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉 电模式 片内振荡器和时钟电路 所以 AT89C51 符合本次设计的主控芯片 4 传感器的介绍与分析 传感器处于研究对象与测控系统的接口位置 一切科学研究和生产过程要 获取的信息 都要通过它转换为易传输与处理的电信号 5 称重传感器工作原 理图如图 2 所示 图 2 传感器工作原理图 其工作原理 用应变片测量时 将其粘贴在弹性体上 当弹性体受力变形 时 应变片的的敏感栅也随之变形 其阻值发生相应的变化 通过转换电路转 换为电压或电流的变化 6 由于内部线路采用惠更斯电桥 当弹性体承受载荷 产生变形时 输出信号电压可由下式给出 Ein R4 R4 R3 R3 R2 R2 R1 R1 42 42 E RR RR out 称重传感器是力传感器当中一个重要的品种 实际应用及其广泛 称重传感器 中最多的是电阻应变式称重 应变片是称重传感器的核心单元 弹性体是基础组 成部分 称重传感器按结构类型分主要有 S 行双连孔式传感器 柱式传感器 轮辐 式与桥式传感 柱环式传感器 剪切梁式传感器和单 S 梁式传感器 S 行双连孔式 传感器量程范围一般在 2Kg 到 500Kg 这种类型称重传感器抗偏 抗侧能力较 强 柱式传感器的测量范围都很大 一般最大可以达到几百吨 它刚性好 抗 过载能力强 加工也简单 重量也比较轻 轮辐式传感器由于结构的对称性 所以能够承受大的侧向力 由于它有较大的滞后误差 很多场合都被桥式传感 器所取代 桥式传感器的弹性体形状象桥 因此得得名 7 桥式传感器精度高 标定方便 普遍应用于汽车秤跟平台秤等多个场合 柱环式传感器由于本身的 结构特性目前大多仅用于测量拉力 其精度一般在 0 03 到 0 05 之间 剪切梁式 传感器运用剪切原理制作而成 精度跟稳定性都很高 一般都不需要要线性补 偿都能达到要求 它不受测力点变化的影响 测量范围在几十千克的场合一般 选用单 S 梁式传感器 它不适合在振动大的时候使用 8 5 放大电路的分析 如图 4 为仪表放大器 该放大器增益 通过改变 RG 的大小来改变放大器 的增益 具有体积小 功耗低 精度高 噪声低和输入偏置电流低的特点 9 图 3 INA126 仪表放大器 常见的放大器主要有多级放大器 运算放大器构成差动放大器 用专用仪 表放大器 如 AD620 INA126 等 10 多级放大器信号转换需要很高的精度 会影响测量精度 运算放大器构成 的差动放大器具有高输入阻抗 增益高的特点 此电路误差将会影响输出精度 难度较大 仪表放大器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 比较适合使用 6 A D 转换器的选择与应用 目前 世界上有多种类型的 ADC 有传统的并行 逐次逼近型 积分型 ADC 1 并行比较 A D 转换器 并行比较式 A D 转换的抗干扰能力差 由于工艺限制 其分辨率一般不高于 8 位 因此并行比较式 A D 只适合于数字示波器等转换速度较快的仪器中 不适 合本系统 11 2 逐次逼近型 A D 转换器 在高于 14 位分辨率情况下 价格较高 传感器产生的信号在进行模 数转换之 前需要进行调理 包括增益级和滤波 这样会明显增加成本 AD574 是单片高速 12 位逐次逼近型 A D 转换器 内置双极性电路构成的 混合集成转换显片 具有外接元件少 功耗低 精度高等特点 并且具有自动 校零和自动极性转换功能 只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的 A D 转 换器 其性能指标为 其精度为 5 2048 0 002 远远小于误差 0 005 且其价 格明显低于其他同类产品 如 MAX197 因此 我选用了此芯片 作为模数 转换器 12 结论 综上所述 随着集成电路和计算机技术的迅速发展 数显电子称在智能测 量领域将会起到越来越重要的作用 而智能称重的核心部件就是单片机 AT89C51 单片机带有 8KB 的程序存储器 4K 字节可编程闪烁存储器 片内 存储器采用闪速存储器 使程序写入更加方便 能够满足逻辑需要 而传感器 作为测控对象信息的入口 它是一种能将特定的被测量信息按一定规律转换成 某种可用信号输出的器件 是信息采集的重要手段 数显电子秤提供了一种简 易合理 低成本 高性能的实现方案 可以用来实现物体的精确测量 完全达 到了商品的自动化 数字化和智能化 具有很好的应用价值和意义 参考文献 1 杜坤梅 李铁才 单片机控制技术 M 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 2000 84 87 2 李晶皎 嵌入式语音技术及 16 位单片机应用 M 北京 北京航空航天大学出 版社 2003 95 105 3 丁玉美 高西全 电子技术基础 M 西安 西安电子科技大学出版社 2001 47 48 4 童诗白 单片机原理 M 北京 高等教育出版社 2001 84 87 5 阎石 传感器应用基础 M 北京 高等教育出版社 2001 59 64 6 胡烨 姚鹏翼等 传感器原理设计教程 M 机械工业出版社 2005 56 71 7 西尔弗 传感器的应用测试 修订版 M 人民邮电出版社 2014 33 36 8 谢自美 传感器应用 武汉 华中科技大学出版社 2005 101 104 9 康华光 电子技术基础模拟部分 第五版 北京 高等教育出版社 2006 113 114 10 曾兴雯 模拟电子技术基础 北京 高等教育出版社 2004 43 45 11 LI Yue qin Arbitrary Waveform Generator based on LabVIEW A International Confe