第1章绪论1.1 本课题研究的背景及意义称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。

电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。

称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。

称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。

因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。

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。

现今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。

通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器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信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。

电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。

随着自动化测试技术的发展，传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便捷式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。

笔者采用以AT89S51单片机为控制核心，结合高敏度的电阻式应变式压力传感器和高精度的A/D转换器，设计称重系统的总体结构及软件、硬件。

实现物体质量、控制及显示报告的电气化与智能化。

称重器是电子衡器的一种，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。

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，被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口建筑机械制造和国防等各个领域。

在工业现场和环境中干扰源是各种各样的，如噪音干扰、工频干扰等，抗工频干扰能力成为衡量电子衡器性能的重要指标。

为了具备这一性能，市场上的电子衡器的电路普遍较复杂，相对地，成本也较高。

而本产品电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。

1.2 国内外研究现状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,少数产品的技术已处于国际领先水平。

国内的电子秤市场中,1009左右量程的电子秤精度一般为0.019即10mg。

在研究方法上,电子称重系统的工作原理一般是将作用在承载器上的质量或力的大小,通过压力传感器转换为电信号,并通过控制电路来处理该电信号。

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。

在国际上,一些发达国家在电子称重力一面已经达到了较高的水平。

特别是在准确度和可靠性等方面有了很大的提高。

在称重传感器方面,国外电子秤产品的品种和结构又有创新,技术功能和应用范围不断扩大,成果举例如下:(l)美国Revere公司研制出PUS型具有大气压力补偿功能的拉压两用的称重传感器,用于高准确度检验平台,称重平台,准确度可达5000d。

(2)德国HBM公司研制成功C2A、 C16A两种不同结构的1-100t具有耐压外壳保护的防爆称重传感器,其防爆性能符合欧洲EN50014和EN50018d级标准。

(3)美国斯凯梅公司研制出新一代高准确度不锈钢F6Ox系列5-5000kg称重传感器,准确度6000d。

用于湿度大,腐蚀性强的环境中,而且防水。

(4)德国塞特内尔公司研制出以被青铜为弹性体材料,快速称重用200型称重传感器。

其特点是线性好,固有频率高,动态响应快。

独创油阻尼装置与过载保护装置一体化,保证称量时速度快,工作寿命长。

组装3一30kg电子平台秤,准确度可达4000d。

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。

1.3 本课题研究的内容本设计是饲养场单体称重器是基于单片机的称重仪，它的硬件电路设计包括单片机最小系统、A/D转换器、称重传感器、LED显示电路、±5V稳压电源电路等几部分设计内容。

台式电子计价秤具在商业贸易中的使相当普遍,但应用场所受到制约。

电子秤产品的应用性能趋向上更综合性和组合性。

在工业称重计量过程或工艺流程中,不少称重计量系统还要求具有可组合性,即测量范围等可以任意设定;硬件功能向软件方向发展;软件能按一定的程序进行修改和扩展;输入输出数据与指令可以使用不同的语一言和条形码,并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。

我国衡器行业使用面最广、产销量最大的计量产品是非自动衡器。

国际法制计量组织76号国际建议OIMLR76一非自动衡器 (它是目前国际上唯一的非自动衡器通用国际标准)中,明确规定非自动衡器按大类分为非自动天平与非自动秤。

目前我国产品标准中列入的十大类衡器已实现了电子化第2章称重器的总体方案设计2.1 称重器的基本工作原理电子秤的工作原理以电子元件:称重传感器，放大电路,AD转换电路，单片机电路，显示电路，通讯接口电路，稳压电源电路等电路组成。

当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。

该信号经放大电路放大输出到模数转换器。

转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。

CPU根据程序将这种结果输出到显示器，直至显示这种结果，电路原理图如图2-1所示。

图2-1电路原理图2.2 称重器的系统总体框图按照本设计功能的要求，系统由4个部分组成：控制器部分、信号采集部分、数据显示部分、和电路电源部分，系统设计总体方案框图如图2-2所示。

图2-2 总系统体框图信号采集部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送A/D 转换器，将模拟量转化为数字量输出。

控制器部分接受来自A/D 转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存储到存储单元中。

控制器还可以通过对扩展I/O 的控制，对键盘进行扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制。

数据显示部分根据需要实现显示功能。

电路电源部分主要是为电路提供稳定方便的电源，将工频电压直接转换成所需的±5伏电压。

2.3 称重器的主控制系统设计2.3.1 称重器的主控制系统介绍该系统选用AT89S51单片机为主控制器，主要是先进行数据采集，采集由前级放大器把压力传感器获取的电压信号放大的模拟信号，在经过A/D 转换器转换成的数字信号。

此信号在单片机内经过数据处理及各种运算把所感知的二进制信号转换成十进制，并送进显示模块显示出来。

2.3.2 称重器的主控制系统结构1）主控制系统具备的功能该系统采用单片机作为主控制系统，主要目的在于称重之后的数字化显示和实现精确的测量，故系统应该具有单片机工作所需的稳定的+5V 直流电源，又考虑到数字化显示所用到的数码管中会出现某段被损坏而不被点亮的情况，系统应该具有开机自检功能，就是开机后自动逐个扫描每一个晶体管，用来检查数码管各段是否完好，可以依靠软件编程实现。

2）单片机控制系统结构框图如图2-3所示：图2-3单片机控制系统结构框图2.4 称重器各模块的方案选型整个硬件系统由四大模块组成，下面以控制系统结构为依据就针对各模块做具体的方案设计。

2.4.1 电源模块方案选型为了使称重仪的供电方便，这里把电源设计成用220V的交流电经过变压器后输出±9的电压，经整流滤波电路后，通过LM7805和LM7905进行DC/DC变换得到±5V供压力传感器器和系统的其他芯片使用。

2.4.2 数据采集模块方案选型数据采集模块分为3个部分：称重传感器、前级放大器和A/D转换器。

1）称重传感器首先这里传感器选用L-PSII-10型压力传感器，为双孔悬臂梁形式，是电子计价秤的专用产品。

这里说下传感器的选型方法，可具体参考以下步骤：计算并确定转换系数(f)，转换系数(f)是表明每一个检定分度值(V)中有多少个示值单位，是用于把全部示值单位转换为“V”的，它是由初始公称试验温度20℃时，进程负荷试脸下试脸效据平均值确定的。

计算参比示值，所谓“参比值”即是“理论示值”或“理想示值“。

计算各试验点EL。

各试验点误差与最后一列最大允许误差相比较。

将计算结果与系统对传感器的要求做出比较，以确定选型是否成功。

2）前级放大器采用专用仪表放大器，如： INA126，INA121等。

此类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，且放大器的增益是可以改变的。

基于以上分析，我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器 INA1263）A/D转换器然后按设计要求：电子称最大称重为50公斤，重量误差不能大于1%。

我们的理解是满刻度时，只能有±5g的误差，精度要求较高。

同样也有以下几种方案采用方案一：采用V/F变换芯片LM331该方案是使用压频变换器件，把电压信号转化为频率信号，单片机通过计数获得重物的重量，此方案，可不用A/D，但需要比较复杂的小信号放大、调理电路，并且LM331外围电路较繁琐，参数配置相对严格，故未采用。

方案二：选用12位逐次比较式ADC，此方案经小信号放大、调理电路，可直接连接单片机，也可以可满足精度要求，故采用此方案。

2.4.3 主控制器模块方案选型根据本设计与主控制系统的功能要求，以及性价比的最大化这里选用51单片机。