一、前言

稱(chēng)重儀在日常生活及生產(chǎn)中的使用日益普遍，對 稱(chēng)h于不能遠傳、準確度及抗干擾能力差的模擬式 稱(chēng)重儀在使用上受到了限制。數字稱(chēng)重傳感器與模擬 稱(chēng)重傳感器相比，能由微處理器對電路進(jìn)行補償和調 整，并對非線(xiàn)性、滯后、蠕變等性能修正，從而提高 稱(chēng)重傳感器的性能。隨著(zhù)集成電路、單片機及傳感 器技術(shù)的發(fā)展，數字式稱(chēng)重儀得到了廣泛應用。

文中設計了一款數字式稱(chēng)重儀，以單片機為核心， 外圍由檢測、顯示等硬件電路組成，結合軟件設計完 成稱(chēng)重測量。

二、稱(chēng)重儀的工作原理

當物體被放置在稱(chēng)重儀上時(shí)，稱(chēng)重儀上的傳感器 將產(chǎn)生一個(gè)力學(xué)量，接著(zhù)將力學(xué)量轉換成具有特定函 數關(guān)系的電信號（電壓或電流等）。后經(jīng)放大電路、 A/D轉換電路后送CPU中進(jìn)行微處理，CPU不斷地掃 描鍵盤(pán)和每個(gè)功能開(kāi)關(guān)，按鍵盤(pán)輸入各種功能的開(kāi)關(guān) 狀態(tài)做出必要的判斷，分析，由稱(chēng)重系統的軟件來(lái)控 制各種操作。計算結果送入稱(chēng)重系統的內部的存儲器， 并從存儲器調出數據通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。稱(chēng)重系統的工作原理如圖1所示。

三、硬件電路器件選擇及電路設計

壓力檢測選用電阻應變式傳感器，通過(guò)應變電橋 將壓力變化轉變?yōu)闃虮垭娮璧淖兓?，進(jìn)而轉變?yōu)檩敵?/span> 電壓信號。放大電路選用選用精度很好且制作方便的 專(zhuān)用儀表放大器INA126，A/D轉換器選用了成本低且 性能可靠的HX711轉換器。單片機選用AT89C52，通 過(guò)數字鍵、開(kāi)關(guān)/清零鍵、動(dòng)靜態(tài)模式選擇鍵等按鍵 來(lái)實(shí)現系統的計價(jià)功能，選用可以節省空間，且減少 I/O的利用率矩陣式鍵盤(pán)。顯示部分選用顯示直觀(guān)、方 便的液晶顯示器，另外系統還

可配上相應的語(yǔ)音模塊， 進(jìn)行稱(chēng)重結果的語(yǔ)音播報.

1、壓力檢測部分

電阻應變式傳感器橋路如圖2所示， 采用全橋電路，當滿(mǎn)足條件R1R3=RR*時(shí)， Uo=0，即電橋平衡。電橋的四個(gè)橋臂的電阻在 初始時(shí)具有統一的阻值R，在測量前應使電橋平衡。

電橋采用差動(dòng)工作，相鄰橋臂電阻變化 趨勢相反，即R1=R-」R，R2=R+」R，R3=R- AR，R4=R+AR，當有稱(chēng)重物時(shí)，橋路的橋臂 阻值變化，電橋的平衡被打破，產(chǎn)生輸出電壓， 電橋輸出表示如式（1)所示：

2、放大電路

專(zhuān)用儀表放大器INA126作為放大電路。INA126儀表放大結構圖如圖3 所示。INA126由2個(gè)高精度運放和4個(gè)精密電阻組合而成。其靜態(tài)電流小于 175^A,失調電壓小于250#,漂移小于3^V/°C,頻率響應在G=5時(shí)典型值為 200kHz，輸入阻抗的典型值為109n/4pF,共模抑制比在電壓為±11.25V時(shí)大 于 83dB[3]。

3、A/D轉換電路

美國Analog Device公司生產(chǎn)的AD574經(jīng)常被用于對要求精度高的快速 轉換采樣系統中，轉換精度達到0.05%, 25^s是其最大的轉換時(shí)間，隨著(zhù)集 成電路的發(fā)展，出現了很多AD574的替代品，比如AD1674，本次設計采用 AD1674芯片，單極性接法。AD1674與AT89C52的接線(xiàn)圖如圖4所示。

4、顯示部分電路

設計采用了液晶LCD顯示，與單片機的LCD接線(xiàn)如圖5所示。顯示電路 采用P2 口分別與顯示模塊的三態(tài)、雙向數據總線(xiàn)端及排阻連接，LCD液晶顯 示模塊選用LM016L,器件采用HD44780控制器,具有簡(jiǎn)單而功能較強的指令集， 可以實(shí)現字符移動(dòng)，閃爍燈功能。與單片機通訊可采用8位或4位并行傳輸兩 種方式。當LM016L模塊的BF引腳為1時(shí)，模塊處于內部模式，不響應外部 操作指令和接收指令。

5、鍵盤(pán)電路

4X4的矩陣式鍵盤(pán)以及中斷工作方式被采用在本設計中，當有鍵按下時(shí)， 中斷請求會(huì )被發(fā)送到CPU，中斷服務(wù)程序會(huì )在CPU響應后執行，鍵盤(pán)才會(huì )被掃 描。單片機與鍵盤(pán)接口電路如圖6所示。

6.報警電路的設計

稱(chēng)重儀如果超量程，將會(huì )啟動(dòng)報警電路，對工作 人員起到提醒的作用，超重時(shí)P2.6=1,觸發(fā)報警電路， 產(chǎn)生頻閃的燈光和間斷的聲音，報警電路設計接線(xiàn)如 圖7所示。

四、稱(chēng)重儀軟件部分設計

1、主程序設計

主程序模塊的任務(wù)就是調用各個(gè)子程序和將系統 初始化，設計流程圖如圖8所示。首先將數據、端口、 顯示、定時(shí)器等進(jìn)行初始化設置，設置單價(jià)，系統進(jìn) 入稱(chēng)重準備，若有重物稱(chēng)重則傳感器進(jìn)行稱(chēng)重，顯示 總價(jià)及重量等信息，若無(wú)稱(chēng)重則進(jìn)行鍵盤(pán)掃描，等待 下一次稱(chēng)重。

2、子程序設計

系統的子程序有A/D轉換啟動(dòng)和數據讀取程序設 計、鍵盤(pán)輸入控制程序設計、顯示程序設計及中斷程 序設計等。

根據硬件設計鍵盤(pán)電路被設計成4X4矩陣式，在 程序中通過(guò)對按鍵編碼進(jìn)行判斷，存儲單元接收并存 儲其對應在鍵盤(pán)上的數值，最后對存儲單元里的數據 進(jìn)行數據處理。設計流程圖如圖9所示。

設計顯示子程序的流程圖如圖10所示。顯示器件 初始化后進(jìn)入歡迎界面，系統進(jìn)行鍵盤(pán)掃描判斷是否 有鍵按下，當有按鍵時(shí)，進(jìn)行按鍵內容顯示，當按鍵 為D時(shí)，為鍵盤(pán)輸入界面，按鍵為E時(shí)為顯示測量界面， 按鍵為F時(shí)，則進(jìn)行功能顯示界面。

電路設置了超限報警，測量超限則P1.0將由0置 為1，此時(shí)蜂鳴器會(huì )發(fā)出報警聲音，同時(shí)發(fā)光二極管 會(huì )不停的閃爍。

五、稱(chēng)重儀仿真測試結果

物體重量由稱(chēng)重傳感器測量，信號放大電路對測 得的模擬信號進(jìn)行放大，經(jīng)A/D轉換傳送至CPU控制 系統，最后由LCD顯示。系統指令可通過(guò)鍵盤(pán)輸入。 為了驗證系統的硬件電路和軟件設計的可行性，對稱(chēng) 重系統進(jìn)行了仿真。通過(guò)調節壓力模擬電路電壓來(lái)代 替物體的重量，同時(shí)按下鍵盤(pán)上的數字鍵設置物體的單價(jià)，這樣物體的總價(jià)=物體的重量*單價(jià)，系統的仿真設置單價(jià)為3元，模擬壓力為4.978kg，則總價(jià)為14.93元，仿真模擬圖如圖11所示。

六、結論

文中基于單片機AT89C52和應變式壓力傳感器設計了一款數宇式智能稱(chēng)重儀，合理選擇了器件，設計了硬件電路和相應軟件部分。

設計的過(guò)程中，考慮電路的可行性及電氣元件的性能，設計出了顯示電路、報警電路、矩陣鍵盤(pán)電路等硬件電路，并用Protel進(jìn)行原理圖的繪制仿真；軟件部分設計出了部分的流程圖，通過(guò)Keil進(jìn)行程序編寫(xiě)，與Protel進(jìn)行聯(lián)調，實(shí)現了稱(chēng)重系統的功能的測試仿真。