一、前言

稱重儀在日常生活及生產(chǎn)中的使用日益普遍，對(duì) 稱h于不能遠(yuǎn)傳、準(zhǔn)確度及抗干擾能力差的模擬式 稱重儀在使用上受到了限制。數(shù)字稱重傳感器與模擬 稱重傳感器相比，能由微處理器對(duì)電路進(jìn)行補(bǔ)償和調(diào) 整，并對(duì)非線性、滯后、蠕變等性能修正，從而提高 稱重傳感器的性能。隨著集成電路、單片機(jī)及傳感 器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式稱重儀得到了廣泛應(yīng)用。

文中設(shè)計(jì)了一款數(shù)字式稱重儀，以單片機(jī)為核心， 外圍由檢測(cè)、顯示等硬件電路組成，結(jié)合軟件設(shè)計(jì)完 成稱重測(cè)量。

二、稱重儀的工作原理

當(dāng)物體被放置在稱重儀上時(shí)，稱重儀上的傳感器 將產(chǎn)生一個(gè)力學(xué)量，接著將力學(xué)量轉(zhuǎn)換成具有特定函 數(shù)關(guān)系的電信號(hào)（電壓或電流等）。后經(jīng)放大電路、 A/D轉(zhuǎn)換電路后送CPU中進(jìn)行微處理，CPU不斷地掃 描鍵盤和每個(gè)功能開關(guān)，按鍵盤輸入各種功能的開關(guān) 狀態(tài)做出必要的判斷，分析，由稱重系統(tǒng)的軟件來(lái)控 制各種操作。計(jì)算結(jié)果送入稱重系統(tǒng)的內(nèi)部的存儲(chǔ)器， 并從存儲(chǔ)器調(diào)出數(shù)據(jù)通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。稱重系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

三、硬件電路器件選擇及電路設(shè)計(jì)

壓力檢測(cè)選用電阻應(yīng)變式傳感器，通過(guò)應(yīng)變電橋 將壓力變化轉(zhuǎn)變?yōu)闃虮垭娮璧淖兓M(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵?/span> 電壓信號(hào)。放大電路選用選用精度很好且制作方便的 專用儀表放大器INA126，A/D轉(zhuǎn)換器選用了成本低且 性能可靠的HX711轉(zhuǎn)換器。單片機(jī)選用AT89C52，通 過(guò)數(shù)字鍵、開關(guān)/清零鍵、動(dòng)靜態(tài)模式選擇鍵等按鍵 來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的計(jì)價(jià)功能，選用可以節(jié)省空間，且減少 I/O的利用率矩陣式鍵盤。顯示部分選用顯示直觀、方 便的液晶顯示器，另外系統(tǒng)還

可配上相應(yīng)的語(yǔ)音模塊， 進(jìn)行稱重結(jié)果的語(yǔ)音播報(bào).

1、壓力檢測(cè)部分

電阻應(yīng)變式傳感器橋路如圖2所示， 采用全橋電路，當(dāng)滿足條件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(tǒng)一的阻值R，在測(cè)量前應(yīng)使電橋平衡。

電橋采用差動(dòng)工作，相鄰橋臂電阻變化 趨勢(shì)相反，即R1=R-」R，R2=R+」R，R3=R- AR，R4=R+AR，當(dāng)有稱重物時(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

專用儀表放大器INA126作為放大電路。INA126儀表放大結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。INA126由2個(gè)高精度運(yùn)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(diào)電壓小于250#,漂移小于3^V/°C,頻率響應(yīng)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(zhuǎn)換電路

美國(guó)Analog Device公司生產(chǎn)的AD574經(jīng)常被用于對(duì)要求精度高的快速 轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換精度達(dá)到0.05%, 25^s是其最大的轉(zhuǎn)換時(shí)間，隨著集 成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了很多AD574的替代品，比如AD1674，本次設(shè)計(jì)采用 AD1674芯片，單極性接法。AD1674與AT89C52的接線圖如圖4所示。

4、顯示部分電路

設(shè)計(jì)采用了液晶LCD顯示，與單片機(jī)的LCD接線如圖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(shù)據(jù)總線端及排阻連接，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(qiáng)的指令集， 可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍燈功能。與單片機(jī)通訊可采用8位或4位并行傳輸兩 種方式。當(dāng)LM016L模塊的BF引腳為1時(shí)，模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部 操作指令和接收指令。

5、鍵盤電路

4X4的矩陣式鍵盤以及中斷工作方式被采用在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)有鍵按下時(shí)， 中斷請(qǐng)求會(huì)被發(fā)送到CPU，中斷服務(wù)程序會(huì)在CPU響應(yīng)后執(zhí)行，鍵盤才會(huì)被掃 描。單片機(jī)與鍵盤接口電路如圖6所示。

6.報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

稱重儀如果超量程，將會(huì)啟動(dòng)報(bào)警電路，對(duì)工作 人員起到提醒的作用，超重時(shí)P2.6=1,觸發(fā)報(bào)警電路， 產(chǎn)生頻閃的燈光和間斷的聲音，報(bào)警電路設(shè)計(jì)接線如 圖7所示。

四、稱重儀軟件部分設(shè)計(jì)

1、主程序設(shè)計(jì)

主程序模塊的任務(wù)就是調(diào)用各個(gè)子程序和將系統(tǒng) 初始化，設(shè)計(jì)流程圖如圖8所示。首先將數(shù)據(jù)、端口、 顯示、定時(shí)器等進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置單價(jià)，系統(tǒng)進(jìn) 入稱重準(zhǔn)備，若有重物稱重則傳感器進(jìn)行稱重，顯示 總價(jià)及重量等信息，若無(wú)稱重則進(jìn)行鍵盤掃描，等待 下一次稱重。

2、子程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的子程序有A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)和數(shù)據(jù)讀取程序設(shè) 計(jì)、鍵盤輸入控制程序設(shè)計(jì)、顯示程序設(shè)計(jì)及中斷程 序設(shè)計(jì)等。

根據(jù)硬件設(shè)計(jì)鍵盤電路被設(shè)計(jì)成4X4矩陣式，在 程序中通過(guò)對(duì)按鍵編碼進(jìn)行判斷，存儲(chǔ)單元接收并存 儲(chǔ)其對(duì)應(yīng)在鍵盤上的數(shù)值，最后對(duì)存儲(chǔ)單元里的數(shù)據(jù) 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。設(shè)計(jì)流程圖如圖9所示。

設(shè)計(jì)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(tǒng)進(jìn)行鍵盤掃描判斷是否 有鍵按下，當(dāng)有按鍵時(shí)，進(jìn)行按鍵內(nèi)容顯示，當(dāng)按鍵 為D時(shí)，為鍵盤輸入界面，按鍵為E時(shí)為顯示測(cè)量界面， 按鍵為F時(shí)，則進(jìn)行功能顯示界面。

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

五、稱重儀仿真測(cè)試結(jié)果

物體重量由稱重傳感器測(cè)量，信號(hào)放大電路對(duì)測(cè) 得的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳送至CPU控制 系統(tǒng)，最后由LCD顯示。系統(tǒng)指令可通過(guò)鍵盤輸入。 為了驗(yàn)證系統(tǒng)的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)的可行性，對(duì)稱 重系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。通過(guò)調(diào)節(jié)壓力模擬電路電壓來(lái)代 替物體的重量，同時(shí)按下鍵盤上的數(shù)字鍵設(shè)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(tǒng)的仿真設(shè)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(jié)論

文中基于單片機(jī)AT89C52和應(yīng)變式壓力傳感器設(shè)計(jì)了一款數(shù)宇式智能稱重儀，合理選擇了器件，設(shè)計(jì)了硬件電路和相應(yīng)軟件部分。

設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮電路的可行性及電氣元件的性能，設(shè)計(jì)出了顯示電路、報(bào)警電路、矩陣鍵盤電路等硬件電路，并用Protel進(jìn)行原理圖的繪制仿真；軟件部分設(shè)計(jì)出了部分的流程圖，通過(guò)Keil進(jìn)行程序編寫，與Protel進(jìn)行聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了稱重系統(tǒng)的功能的測(cè)試仿真。