电子秤的设计与实现

1、电子秤的设计与实现刘红张东亮周方杨凌职业技术学院机电工程分院摘要：针对传统的电子秤存在测量精度不高、水平低等问题，文章结合单片机及传感器 技术，以铝型材构建框架，通过电路设计及软件设计，制作了一种具有清零、单 价设置、超重报警等功能的智能电子秤，并且进行了样机装配和测试;测试结果 表明，该电子秤操作简单、测量精度高、测量课差小，精度可以达到0. 5%,实 现了设计目标，具有一定的应用价值。关键词：单片机;电子秤;传感器;应变片;作者简介：刘红（1970-）,女，实验师，研究方向：电气自动化技术。收稿日期:2017-05-08design and implementa/tion ofelectr

2、onic-scaleliu hong zhang dongliang zhou fangdepartment of electromechanical, yanglingvocational and technical college;abstract：there are some problems in traditiorml electronic scale, such as the measurement accuracy is not hight and lower level, so a kind of intelligent electronic-scale is designed

3、, it uses single-chip microcomputer and sensor technology, building frame based on aluminium materials, it has some functions by circuit design and software design, for example, zero clearing, unit price set, overload alarm and so on. the prototype are assembled and tested. the result show that the

4、electronic scale operation is simple, measuring amount of accuracy is high, measuring error is small, the precision can achieve 0. 5%. the electronic seale achieves the design goals and has some application value.keyword：singlechip; electronic scale; sensor; strain gauge;received： 2017-05-081引言电子称重技

5、术是从50年代中期发展起来，从60年代初至今，迅速发展成为一门 新兴技术，其集传感器技术、电子技术、计算机技术、机械制造技术为一体的综 合技术，是现代称重计量和控制系统工程的重要技术基础也。电子秤和比传 统的机械式称重工具，具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使 用等优点。目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分产品质量差、水平低、 精度不高，不能满足使用要求。因此针对传统的称重系统存在的问题，研究设计 一套有实用价值的电子秤称重系统，非常具有现实意义。2系统整体结构电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量的测量仪器，由非电量 （质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把拉压力

6、变换成电压的变化或其它 形式的适合于计量求值信号的装置。当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量 便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之压力变化转变成电压信号，使物体 的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号 （电压或电流等）。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（a/d）器 进行转换，数字信号再送到微处器的cpu处理，cpu不断扫描键盘和输出开关， 根据键盘输入内容和齐种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件 来控制各种运算。运算结果送到lcd显示器显示。一般地信号的放大、滤波、a/d 转换以及信号各种运算处理都在信号釆集电路中完成。通常包括承重系统

7、、测量 显示装置等，结果示意图如图1所示。（1）承重系统承重系统是被称物体与转换原件之间的机械传力复位系统，主要包括物体载荷 的承载器、弹性梁、固定支架等。（2）测量显示装置 测量装置包括称重传感器、信号放大电路、ad转换电路、处理器、数据显示电 路、超限报警电路等。图1整体结构示意图下载原图3系统设计实现3.1称重装置设计称重传感器贴在专门设计的弹性元件上，在重量的作用下弹性元件发生变形， 传感器随z变形，这样就把重量的变化转换为应变量的变化。根据弹性元件结构 形式（柱形、筒形、环形、梁式、轮辐式）和受载性质（拉、压、弯曲、剪切等） 的不同，它们可分为许多种类。常用的弹性元件为双孔平行梁结构

8、，可简化为平 行四边形刚架形式3,如图2所示。图2称重装置下载原图 4个传感器分别粘贴在图1的圆孔壁最薄处，然后运用力法和正则方程求解，最 后电桥输出总应变：式中，e为材料弹性模量，b为弹性梁宽度，h为水平梁宽度，p为重力，a为两 圆孔中心距。3. 2电路设计 （1）称重传感器称重传感器是电子秤设计屮一个非常重要的环节，包括电容式、压电式、电阻式 等。其中电阻应变式传感器具有稳定性好、精度和灵敏度较高、环境适应性强等 特点，在称重测量中使用较为广泛，本设计中采用bf1k-3aa型电阻式应变片作 为称重传感器，其电阻值（r）为1002±0. 1,灵敏系数为2.0±1%,基底尺

9、寸 为7. 3m. 1mm,丝栅尺寸为3*3. 1mm,室温应变极限为20000um/m,室温绝缘电 阻为 10000 mq。电阻式应变片在受力过程中，电阻的变化很小，不利于直接观察和测量，实际 应用中通常采用惠斯通电桥将应变片微小的电阻变化转化为容易测量的电压变 化4-9,电路如图3所示。图3电桥电路下载原图桥式电路接入四个应变片电阻rl、r2、r3、r4,从为激励电压，u。为输岀电压。 在电阻没有发生形变时，电桥的输出电压为：由于桥臂的起始电阻全等，即r1二r2二r3二r4二r,所以v=0。当应变片的电阻r1、r2、r3、r4变成r+ark r+ar2. r+ar3. r+ar4时，电桥的

10、输出电压变为:如果四个桥臂应变片的灵皱系数相同，并且4个应变片都是测量片，rl、r3与 r2、r4 应变相反，则 rl、r2、r3、r4 变成 r+ark r-ar2 r+ar3. r-ar4,可 以化简为：(2) 信号放大电路桥式电路输出信号非常微弱，实际测量中电源电压5v时，lg的压力输岀的电压 不超过0.05nw,本设计采用1na128及op07组成二级信号放大电路，电路如图4 所示。一级放大电路中tna128芯片是低功耗高精度的通用仪表放大器，单个外部电阻 可实现从1至10000的任一增益。本设计中引脚1、8间的为阻值可调的电阻 其放大倍数为：图4信号放大电路下载原图二级放大电路中0p

11、07芯片是一种低噪声、双极性的运算放大器集成电路，其外 加简单电路即可实现信号放大，放大倍数为：(3) 测量及显示电路测量及显示电路以单片机为核心，接收信号放大电路输出信号，进行a/d转换 后，进行处理和显示，包括ad转换模块pcf8591.参数设置模块矩阵键盘、显 示模块12864液晶、超重报警模块等，电路框图如图5所示。图5测量及显示电路框图下载原图3. 3软件设计图6系统主程序流程图 下载原图软件主要包括系统初始化、二是按键检测、数据采集、数据处理及显示等几个部 分。这儿个部分采用模块化设计，在主程序中调用。系统上电后，首先进行初始 化操作，包括lcd初始化、单片机初始化、ad模块的初始

12、化等，然后通过传感 器进行数据采集，单片机经过处理后显示在液晶模块上，若有检测到按键信号， 则进行调用相应的清零、去皮、超重设置等子程序。主程序流程图如图6所示。4测试与分析称重装置骨架采用工业铝合金型材参数2020,铁质承重梁经过机加工后作为弹 性梁;在电路设计制作完毕后，开始电路板的装配，遵循先小后大、先低后高的 原则进行焊接和装配，单片机采用的是内部时钟方式，晶振对电容有一定干扰, 装调时应与电容相隔一段距离。最后将电路板装配到称重装置上，样机如图7 所示。图7智能电子秤样机下载原图 准备10个20g祛码，测试数据，数据如表1所示。 对表格数据进行分析，在0-200g测量范围内，最大绝对

13、误差为lg,最小绝对误 差为tg,精度可以达到0. 5%,达到了设计目标。5结束语本文介绍了一种基于单片机的智能电子秤，通过机械设计、电路设计及软件设计, 制作并且装配了样机具有数据显示、清零、去皮、超重报警、单价设置、总价计 算等功能。经过实际测试，该电子秤性能良好、稳定性高、测量误差小，完全达 到了设计目标，具有一定的应用价值。参考文献1 杨成慧，王书志，杨伟新一种数字式电子秤的研究与设计j西北民族大 学学报(自然科学版)，2012, 33 (3) : 22-27.2 郭志勇基于ads1100的高精度电子秤设计与实现j安徽工业大学学报(自然科学版)，2010, 27 (4) : 385-3923 查明华，陈晓勤，张如一电子秤中平行梁弹性元件的性能分析j力学与 实践，1997, 19 (3) : 27-30.4 张文莉，吴钦木.基于stm32的无线多秤盘高精度电子秤j机械与电子， 2016, 34 (7) : 50-52.5 姬忠勇基于单片机的电子秤的方案设计j科技信