詳細介紹了用C語(yǔ)言進(jìn)行的軟件設計，以應變式壓力傳感器為主要硬件設計的高精度電子秤的工作原理?？?/span> 結了稱(chēng)重傳感器的影響因素及選擇標準，并采用A/D轉換將傳感器輸出的較小模擬量轉換成較大的數值信號顯示在 液晶上，在藥品稱(chēng)重不合格的情況下加入了報警系統。此設計使藥品的重量檢測水平得以提高，稱(chēng)重不合格藥品也得到 妥善處理。

0.引言

稱(chēng)重技術(shù)是人類(lèi)生活中不可缺少的一部分，自古 以來(lái)就被人們所重視，作為一種計量手段，被廣泛應用 于工業(yè)、農業(yè)、貿易等各個(gè)領(lǐng)域。隨著(zhù)現代文明和科學(xué) 技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對稱(chēng)重技術(shù)的準確度要求也越 來(lái)越高。電子秤產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，直接影響各行各 業(yè)的現代化水平和社會(huì )經(jīng)濟效益。近年來(lái)，電子秤重技 術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，電子秤在稱(chēng)重計量領(lǐng)域中 占有越來(lái)越重要的地位，其應用領(lǐng)域也在不斷擴大。 尤其是商用電子秤，由于其具有準確度高、反應靈敏、 結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于工商貿易、輕工食品、 醫藥衛生等領(lǐng)域。目前，機械秤正在逐步被電子秤取代, 這就促使我們需要進(jìn)一步深入研究電子秤。電子技術(shù) 逐漸向著(zhù)集成化、高速度、高精度、智能化的方向發(fā)展。

本文的電子秤設計選取STC89C52單片機為控制 核心，以電阻應變式稱(chēng)重傳感器為重量感應器件。在對 感應信號處理的A/D轉換模塊中，選用ADC0832芯片， 此芯片是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、 雙通道A/D轉換芯片。由此而設計出的高精度電子秤 更好地滿(mǎn)足了人們的需要。

1.系統模塊的介紹

按照設計的基本要求，系統共分為5大模塊，即數 據采集模塊、單片機最小系統模塊、超重報警模塊、鍵 盤(pán)模塊和顯示模塊，如圖1所示。其中，數據采集模塊包 括稱(chēng)重傳感器和A/D轉換電路。

1.1STC89C52單片機

單片機是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整的計算機系統，也被稱(chēng)為微控制器（Micro controller)，它最早被應用在工業(yè)控制領(lǐng)域。目前，國內外使用較多的是以 51內核擴展出的單片機，即通常所說(shuō)的51單片機。 STC89C52單片機是51系列中的一種帶8K字節閃爍可 編程可擦除只讀存儲器(Flash Programmable and Erasable Read Only Memory，FPEROM)的低電壓、高性能的 CMOS8的微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易 失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MSC-51指令集 和輸出管腳相兼容。

1.2稱(chēng)重傳感器模塊

稱(chēng)重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號轉變?yōu)榭蓽y 量的電信號輸出的裝置。

使用傳感器應首先考慮 傳感器所處的實(shí)際工作環(huán) 境，這點(diǎn)對正確選用稱(chēng)重 傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系 到傳感器能否正常工作以 及其安全性和使用壽命，

乃至整個(gè)傳感器的可靠性 和安全性。按照稱(chēng)重傳感 器結構型式的不同，可將 其分為直接位移傳感器 (包括電容式、電感式、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應變傳感器（包括 電阻應變式、聲表面諧振式或是利用磁彈性、壓電和 壓阻等物理效應的傳感器）。對稱(chēng)重傳感器的基本要求 是：輸出電量與輸入重量保持單值對應并有良好的線(xiàn) 性關(guān)系、有較高的靈敏度、對被稱(chēng)物體狀態(tài)的影響要 小、能在較差的工作條件下工作、有較好的頻響特性、 穩定可靠。

經(jīng)實(shí)驗分析，本文最終選用的是電阻應變式稱(chēng)重 傳感器。在電阻應變式稱(chēng)重傳感器中，當電阻絲在外力 作用下發(fā)生機械形變時(shí)，其電阻值也隨之發(fā)生變化，這 就是電阻應變效應。描述電阻應變效應的關(guān)系式為： M/R=Ke

式中 AR/R 電阻絲電阻的相對變化；

K——應變靈敏系數； s 電阻絲長(cháng)度相對變化，s=AL/L。

金屬箔式應變片是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的 應變敏感組件，通過(guò)它轉換被測部位受力狀態(tài)的變化， 電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋電路的輸出電壓反映了相應的受力狀態(tài)。在全橋測量電路 中，將受力性質(zhì)相同的兩應變片接入電橋對邊，不同的 接入鄰邊，應變片初始阻值為R^RfR^Rv當其變化值 為ARMR^AR^ARM，其橋路輸出電壓

圖2為壓力傳感器的測量電路，主要作用是將傳感 器的輸出電壓放大。Rs是電橋的調零電阻，R22是整個(gè)放大電路的調零電阻,私、知用來(lái)調整運放增益。

1.3 A/D轉換模塊

ADC0832是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種8位 分辨率、雙通道A/D轉換芯片，具有體積小、兼容性強、 性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。具體參數：8位分辨率；雙通道A/D 轉換；輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；5 V電源供 電時(shí)輸入電壓在0?5 V之間；工作頻率為250 kHz;轉 換時(shí)間為32叫;一般功耗僅為15 mW;有8P、14P-DIP 雙列直插、PICC多種封裝。

圖3為ADC0832的接口電路，正常情況下ADC0832 與單片機的接口應為4條數據線(xiàn)，分別是CS、CLK、DO、 DI，但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效，且與 單片機的接口是雙向的，所以在電路設計時(shí)可以將DO 與DI并聯(lián)在一根數據線(xiàn)上使用。

1.4鍵盤(pán)和顯示電路模塊

1.4.1鍵盤(pán)電路的設計

本電路中采用的是4 x 4矩陣鍵盤(pán)，將單片機的 P1.0?P1.3作為鍵盤(pán)的行線(xiàn)接口，P1.4?P1.7作為列線(xiàn)

接口，列線(xiàn)通過(guò)電阻接+5 V。單片機檢測按鍵是否按下 的依據就是檢測與該鍵對應的I/O 口是否為低電平。 

1.4.2顯示電路設計

電子秤顯示部分采用了常用的1602液晶顯示，其 與單片機的接口如圖4所示。

1.5報警系統模塊

智能儀器一般都具有報警和通信功能，報警主要 用于系統運行出錯，當測量的數據超過(guò)儀表量程或者是超過(guò)用戶(hù)設置的上下限時(shí)為提醒用戶(hù)而設置。在本 系統中，設置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍 時(shí)，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶(hù)，防止損壞儀器，同 時(shí)讓工作人員對不合格產(chǎn)品做出合理的處理。超限報 警電路是由單片機的I/O口來(lái)控制的，當稱(chēng)重物體重量 超過(guò)系統設計所允許的重量時(shí)，通過(guò)程序使單片機的 I/O值為高電平，從而導通三極管，使蜂鳴器發(fā)出報警 聲，同時(shí)使報警燈發(fā)光。圖5為報警系統原理圖。

2.工作原理的分析

2.1系統工作原理的分析

在本系統中用于稱(chēng)量的主要器件是稱(chēng)重傳感器， 稱(chēng)重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì )產(chǎn)生電信號，受到 的壓力或拉力不同，產(chǎn)生的電信號也隨著(zhù)變化，而且力 與電信號的關(guān)系一般為線(xiàn)性關(guān)系。由于稱(chēng)重傳感器一 般的輸出范圍為0?20 mV，這對于A/D轉換或單片機 的工作參數來(lái)說(shuō)，不能滿(mǎn)足A/D轉換和單片機的正常 工作需求，所以需要對輸出的信號 進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的信號 為模擬信號，所以需要利用A/D轉 換將其轉換為數字信號，以便單片 機接收。單片機根據稱(chēng)重傳感器輸 出的電信號和速度傳感器輸出的速 度信號計算出物體的重量。

2.2報警系統原理分析

當電路檢測到稱(chēng)重的物體超過(guò) 儀器的測量限制時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)信 號給報警電路，使報警電路報警從 而提醒工作人員注意。報警系統是 由89C52的P2.6 口來(lái)控制的，當超過(guò) 設置的重量時(shí)，通過(guò)程序使P2.6 口 值為高電平，從而導通三極管，報警 電路接通，使蜂鳴器發(fā)出報警聲，同時(shí)使報警燈發(fā)光。 由于持續的聲音不能夠引起人們的關(guān)注，所以本系統 的報警電路采用間斷的聲音和頻閃的燈光來(lái)實(shí)現。這任務(wù)的實(shí)現主要靠程序來(lái)完成。

2.3實(shí)際流水線(xiàn)模擬

在制藥流水線(xiàn)中（圖6)，當藥物原料經(jīng)過(guò)一系列工 序加工成成品后，就進(jìn)入重量檢測模塊。如圖6所示，重 量檢測系統安裝在藥品傳送帶一端，隨傳送帶傳送的 藥品必須經(jīng)過(guò)檢測并合格后才能繼續被傳送。為了能 夠更好地對合格產(chǎn)品及超重產(chǎn)品進(jìn)行分別處理，稱(chēng)重 檢測系統加入了 2個(gè)由直流電機分別控制的2臺風(fēng)扇 (上風(fēng)扇和下風(fēng)扇）。若重量檢測合格，則單片機就會(huì )執 行控制上風(fēng)扇轉動(dòng)的程序，將藥品吹送到下一個(gè)傳送 帶繼續傳送。而當檢測時(shí)，若采集的信號經(jīng)單片機處理 后得到的數據超過(guò)系統預設好的重量范圍時(shí)，系統報警模塊就會(huì )啟動(dòng)，同時(shí)下風(fēng)扇也會(huì )被啟動(dòng)，將不合格的 藥品吹送到不合格藥品收集 箱，由工作人員進(jìn)行再加工。

3.結語(yǔ)

隨著(zhù)集成電路和計算機 技術(shù)的迅速發(fā)展，電子儀器 的整體水平發(fā)生了巨大變 化，傳統的儀器逐步被智能 儀器所取代。智能儀器的核心 部件是單片機，因其性?xún)r(jià)比極 高而得到廣泛的應用與發(fā) 展，從而加快了智能儀器的 發(fā)展速度。而傳感器作為測 控系統中對象信息的入口，越來(lái)越受到人們的關(guān) 注。因此，智能電子秤的出現將會(huì )更好地滿(mǎn)足人們的 需要，為人類(lèi)社會(huì )生活提供更好的服務(wù)。