基于单片机的便携式电子秤的设计

孙娜 辽宁工程职业学院，辽宁 铁岭 112000

基于单片机的便携式电子秤的设计

孙娜 辽宁工程职业学院，辽宁 铁岭 112000

本文设计了一种基于单片机AT89C52的便携式电子秤，阐述了便携式电子秤的工作原理，重点介绍了便携式电子秤的硬件电路设计及软件设计流程。经测试，电子秤的各项性能均优于国家标准规定的二级秤的指标。

电子秤；设计；单片机

Electronic scale；design；MCU

引言

随着现代科技的发展，电气行业现代化程度的不断提高，生活中的电子产品也越来越多。电子秤是生产生活中常用的称量装置，其应用简单方便、体积小、称量速度快，被广泛地应用于商业、工业、农业、服务业等各个部门。笔者设计一种以Atmel公司的单片机AT89C52为核心，结合A/D转换器的高精度便携式电子秤，其最大量程为51kg，分度值为5g，检定分度数为51000/5=10200，达到了国家标准规定的二级秤指标。

1 便携式电子秤的工作原理

便携式电子秤以单片机AT89C52为信息处理核心，外围电路主要有电源模块、信号采集模块、信号放大积分模块、数据储存模块、键盘及显示输出模块、电压报警模块等部分组成，其原理图如图1所示。电源电路为系统提供+5V直流稳压电源。当被称重物体放于秤盘（压力传感器）上时，传感器产生与被测物体相对应的电压信号，信号经放大电路放大，积分电路初步数字化之后单片机接收，单片机再进行数字滤波、处理输出给LCD，显示被称物体的质量，完成称重功能。同时还可以通过键盘操作，实现秤初期制作时的标定及使用中背光等不同功能的选择。电子秤还具有电源监测功能，可以完成低电压报警。

图1 便携式电子秤系统原理图

2 便携式电子秤的硬件电路设计

电子秤的硬件电路设计以AT89C52为核心，设计完成各功能的外围电路，使系统结构完整，功能齐全。

2.1 传感器电路工作原理

秤盘只是一种为了支撑被称重物体而设计的支架，重点部件压力传感器安装于此部分。压力传感器即为能感受压力并将压力信号转换成可用输出信号的传感器。本产品设计中选用电阻应变片压力传感器，金属电阻应变片选金属箔应变片。将应变片通过特殊的黏合剂紧密的黏合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，由于金属导体电阻的公式为R=ρL/S,只要应变片的长度或横截面积改变，则应变片的阻值就会发生改变，从而使加在电阻上的电信号发生变化。假如金属受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出由于受力而产生的电阻变化，即可获得变化的电信号。

2.2 信号放大积分电路设计

信号放大电路选用工作状态稳定，价格合理的OP07，该芯片是一种低噪声的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于放大传感器的微弱信号。150μV的超低偏移， 1.8nA的低输入偏置电流，0.5μV/℃的低失调电压漂移，这些优点足以说明OP07做传感器的放大电路极其适合，甚至优于16位或24位的A/D转换器。放大电路如图2所示。

图2 信号放大电路

图3 信号数字化电路

模拟信号运放电路放大后，还需要进行数字化处理，本设计没有直接选用A/D转换芯片，而是选用了LM324比较器，如图3所示。利用比较器的数字化功能，既能将信号数字化处理，同时又消除了噪声，将微弱信号或噪声信号直接过滤掉，增加了信号的可靠性。到此信号的硬件采集处理已完毕，再将信号输入单片机的输入引脚，实现软件的信号采集。

2.3 LCD显示电路设计

为了使用方便，显示效果明了设计中选用点阵式LCD，驱动芯片选用128点的HT1621，其读、写、片选引脚均由单片机控制，信号采集处理计算后，结果经LCD输出显示。

2.4 电源监测电路设计

由于本产品为便携式产品，所以提供AC220V及9V电池两种供电方式，选用电池供电方式，就涉及电池电量低提前报警的功能，特设计电源监测电路，设置电源电压报警点，结合软件实现当电池电量低于7.5V时，发出提示信号，显示在LCD屏幕上，提醒用户更换电池，当电池电量达到6.5V时，再次发出电源报警信号，并提示用户关机断电，拆下电池。硬件电路中利用两级电压比较来实现，电路如图4所示。

图4 电源监测电路

3 便携式电子秤的软件设计

便携式电子秤的软件设计主要包括系统初始化子程序、功能键处理子程序、秤标定校准子程序、数据采集处理子程序、显示子程序、电源信号报警子程序等。便携式电子秤的主程序框图如图5所示，系统首先完成传感器信号的实时采集，进行滤波处理，然后保存于单片机内部的各种判别程序处理，最终获得称重结果，经过LCD输出显示。

图5 电子秤主程序流程图

4 结语

笔者以ATMEL公司的AT89C52为核心，设计了一种经济实用的便携式电子秤。按照国家标准《非自动秤通用检定规程JJG555-1996》的要求，利用M1级的检定砝码，对本电子秤的线性度误差、四角偏载误差、零点误差等进行检定，结果如表1：

表1 便携式电子秤部分测试结果

检定结果表明，该便携式电子秤的各项技术指标均满足国家标准所规定的二级秤指标。

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Portable Electronic Scale Based on Single Chip Microcomputer Design

Sun Na Liaoning Engineering Vocational College，Tieling 112000

The article introduces the portable electronic scale based on AT89C52 microcontroller, expounds the working principle of portable electronic scales, especially the design of hardware circuit and software design process. After testing, electronic scale properties are over Grade Two (national standard).

TM02

B

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.046

孙娜，女，1976年生人，辽宁铁岭人，电气自动化技术教研室主任，讲师，工程师，辽宁工业大学工业自动化专业毕业，辽宁工程职业学院工作。联系地址：辽宁省铁岭市凡河新区辽宁工程职业学院电子工程系。