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单片机电子秤设计研究

电子秤主要是将传感器技术、信息处理技术以及电子技术三者融为一体,所形成的一种新型的质量计量设备,与传统的机械城相比较,电子秤质量较小,便于移动、价格低廉、结构简单、维护方便。在生产生活中实用性比较强。电子秤被广泛的应用到科学研究、工农业生产、内外贸易等领域。已经成为生活中必不可少的质量计量工具。电子秤的发展经历了由简单到复杂、由粗糙到精密、由单一功能到多功能的过程。尤其是进几年、工艺流程中的现场称重、配料的定量、以及产品质量的监测等都离不开电子秤。所以,智能化的电子秤设计,将直接影响各个行业的现代化发展水平,进一步提高社会的经济效益。

1系统硬件设计

系统硬件主要以单片机为核心,由控制器、传感器、数据显示器、键盘以及电路电源共同组成,系统设计方案如图1所示。该电子秤工作原理在于:利用称重传感器对压力信号进行检测,在接收到微弱的电信号之后,对电路进行处理,将处理后的信号传递到单片机中的A/D转换器,将模拟量转化为数字量,控制器会对数字量进行接收,通过运算,将数字信号转换为实体的重量信号在屏幕上进行显示。1.1控制器设计。电子秤控制器主要使用单片机进行设计,通过单片机能够将测量技术与计算机技术紧密融合,构成全新的软件程序,以这种软件程序来替代传统的控制系统。由于系统要求并不是很高,所以选用A/D转换器单片机,这种智能化的仪表在测量中对数据的处理能够呈现多样化,并且应用程序能够直接存到存储片内,无需另外安置扩展存储器,对电路的设计大大简化。1.2传感器设计。传感器功能主要在于对数据的采集以及对电路的处理,在电子称系统设计中,传感器是飞中重要的元件,对传感器的选择必须注意参数与量程,并且不能忽视电路设计的难度以及性价比。需要根据电子秤的最大称量值、传感器的个数以及称体的自重来综合性的对传感器的量程进行选择。为了电子秤称量结果的精准度,在实际工作中,要确保传感器的有效量程在20%-80%之间,对重量称量的误差要控制在0.01Kg以内。根据综合要求,本次选用SP20C-G501电阻应变式传感器,该传感器由S型梁结构以及金属箔式应变计构成,不会受到温度的影响,相对来讲,该传感器的测量精度比较高,稳定性比较优越。可以用于各种结构的电子秤仪表中。1.3电源电路设计。电子成系统的各功能模块均采用5V电压进行供电,通过独立电源供电的方式来确保电源的稳定性。此次设计选用9V高能电池,该电池使用周期长,储存量大,通过LM7805稳压器件来确保输出电压为5V。在电源的接口上安装LED指示灯,通过指示灯的工作状态来确定电源工作的稳定性。当LED指示灯亮,说明电源工作正常,指示灯灭,说明工作不稳定。图中电阻R为1KΩ,防止LED指示灯被烧坏。1.4液晶显示模块设计。液晶显示模块主要将称重数据显示出来,在单片机智能称重系统中,选用LCD1602液晶显示模块,该模块运行稳定,功耗低。显示容量在16×2个字符,电压在4.5-5.5V之间,工作电流控制在2.0MA。LCD1602运用比较方便通过电位器来调节字符显示的亮度。1.5键盘电路设计。系统键盘部分由S1-S16组成,以4×4矩阵的形式构成,其功能依次代表0-9之间的数字,时间显示按键、分钟设置按键、切换按键、去皮、清零、计算按键等。通过这些按键可以称出物体的重量,计算出物品价钱。

2系统软件设计

本文所设计的基于单片机电子秤的软件系统采用模块化结构,软件系统由主程序与子程序共同组成,在系统子程序中包括毫秒级延时子函数、软件滤波子程序以及LED显示子函数。在单片机通电之后,系统会自动进行初始化。在系统运行中,会调用各种函数,对系统进行标准定义以及调零,通过LCD子函数来对数据传送的地址进行显示。在软件系统中,压力传感器比较容易受到外界因素的影响,许多外在条件都会影响其测量精度,在设计时需要避免造成误差的原因,将采集到的数据以10个为单位进行叠加,计算出平均值,将每次得到的数据替换已有的数据,对平均值进行重新计算,最终得到显示到真实值。

3系统测试

测试环节是系统开发与设计的重要环节,能够证明系统运行的稳定性。在对基于单片机电子秤进行测试时,需要一组标准砝码作为基准,依次增加砝码的质量,确保砝码的重心在测试区的中心位置。屏幕上的显示数值稳定之后,对显示值进行记录。经过多次测量并对数值进行记录,砝码由轻到重连续增加。为了避免对传感器造成误差,需要确保电子秤水平方向必须牢固。

4结束语

通过传感器技术与单片机技术所设计的电子秤,具有重量轻、体积小、结构简单的优点,经过对系统的测试,该质量测量设备具有较高的可靠性、抗干扰能力强,可以在实验室、贸易市场以及家中使用,实际推广价值较高。

参考文献

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[3]梁小洁,张薇,罗重阳,马骁.基于单片机的电子秤设计[J].电子设计工程,2018-02-20.

[4]冯春宝,陈文鑫,董炎峰,何安东,李登峰.基于单片机的数字电子秤的设计与实现[J].重庆与世界(学术版),2015-07-28.

作者:邝耀强 单位:广东省台山市质量技术监督检测所

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