詳細(xì)介紹了用C語(yǔ)言進(jìn)行的軟件設(shè)計(jì)，以應(yīng)變式壓力傳感器為主要硬件設(shè)計(jì)的高精度電子秤的工作原理。總 結(jié)了稱重傳感器的影響因素及選擇標(biāo)準(zhǔn)，并采用A/D轉(zhuǎn)換將傳感器輸出的較小模擬量轉(zhuǎn)換成較大的數(shù)值信號(hào)顯示在 液晶上，在藥品稱重不合格的情況下加入了報(bào)警系統(tǒng)。此設(shè)計(jì)使藥品的重量檢測(cè)水平得以提高，稱重不合格藥品也得到 妥善處理。

0.引言

稱重技術(shù)是人類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(jì)量手段，被廣泛應(yīng)用 于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代文明和科學(xué) 技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)稱重技術(shù)的準(zhǔn)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(xiàn)代化水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)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，電子秤在稱重計(jì)量領(lǐng)域中 占有越來(lái)越重要的地位，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。 尤其是商用電子秤，由于其具有準(zhǔn)確度高、反應(yīng)靈敏、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工商貿(mào)易、輕工食品、 醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域。目前，機(jī)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(shè)計(jì)選取STC89C52單片機(jī)為控制 核心，以電阻應(yīng)變式稱重傳感器為重量感應(yīng)器件。在對(duì) 感應(yīng)信號(hào)處理的A/D轉(zhuǎn)換模塊中，選用ADC0832芯片， 此芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、 雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由此而設(shè)計(jì)出的高精度電子秤 更好地滿足了人們的需要。

1.系統(tǒng)模塊的介紹

按照設(shè)計(jì)的基本要求，系統(tǒng)共分為5大模塊，即數(shù) 據(jù)采集模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、超重報(bào)警模塊、鍵 盤(pán)模塊和顯示模塊，如圖1所示。其中，數(shù)據(jù)采集模塊包 括稱重傳感器和A/D轉(zhuǎn)換電路。

1.1STC89C52單片機(jī)

單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也被稱為微控制器（Micro controller)，它最早被應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外使用較多的是以 51內(nèi)核擴(kuò)展出的單片機(jī)，即通常所說(shuō)的51單片機(jī)。 STC89C52單片機(jī)是51系列中的一種帶8K字節(jié)閃爍可 編程可擦除只讀存儲(chǔ)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(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MSC-51指令集 和輸出管腳相兼容。

1.2稱重傳感器模塊

稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè) 量的電信號(hào)輸出的裝置。

使用傳感器應(yīng)首先考慮 傳感器所處的實(shí)際工作環(huán) 境，這點(diǎn)對(duì)正確選用稱重 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。按照稱重傳感 器結(jié)構(gòu)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(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（包括 電阻應(yīng)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(yīng)的傳感器）。對(duì)稱重傳感器的基本要求 是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)并有良好的線 性關(guān)系、有較高的靈敏度、對(duì)被稱物體狀態(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(wěn)定可靠。

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

式中 AR/R 電阻絲電阻的相對(duì)變化；

K——應(yīng)變靈敏系數(shù)； s 電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化，s=AL/L。

金屬箔式應(yīng)變片是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的 應(yīng)變敏感組件，通過(guò)它轉(zhuǎn)換被測(cè)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(yīng)的受力狀態(tài)。在全橋測(cè)量電路 中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄煌?/span> 接入鄰邊，應(yīng)變片初始阻值為R^RfR^Rv當(dāng)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(cè)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(diào)零電阻，R22是整個(gè)放大電路的調(diào)零電阻,私、知用來(lái)調(diào)整運(yùn)放增益。

1.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊

ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位 分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有體積小、兼容性強(qiáng)、 性價(jià)比高等特點(diǎn)。具體參數(shù)：8位分辨率；雙通道A/D 轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 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(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，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(jī)的接口是雙向的，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO 與DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。

1.4鍵盤(pán)和顯示電路模塊

1.4.1鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)

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

接口，列線通過(guò)電阻接+5 V。單片機(jī)檢測(cè)按鍵是否按下 的依據(jù)就是檢測(cè)與該鍵對(duì)應(yīng)的I/O 口是否為低電平。 

1.4.2顯示電路設(shè)計(jì)

電子秤顯示部分采用了常用的1602液晶顯示，其 與單片機(jī)的接口如圖4所示。

1.5報(bào)警系統(tǒng)模塊

智能儀器一般都具有報(bào)警和通信功能，報(bào)警主要 用于系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)，當(dāng)測(cè)量的數(shù)據(jù)超過(guò)儀表量程或者是超過(guò)用戶設(shè)置的上下限時(shí)為提醒用戶而設(shè)置。在本 系統(tǒng)中，設(shè)置報(bào)警的目的就是在超出電子秤測(cè)量范圍 時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提示用戶，防止損壞儀器，同 時(shí)讓工作人員對(duì)不合格產(chǎn)品做出合理的處理。超限報(bào) 警電路是由單片機(jī)的I/O口來(lái)控制的，當(dāng)稱重物體重量 超過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所允許的重量時(shí)，通過(guò)程序使單片機(jī)的 I/O值為高電平，從而導(dǎo)通三極管，使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警 聲，同時(shí)使報(bào)警燈發(fā)光。圖5為報(bào)警系統(tǒng)原理圖。

2.工作原理的分析

2.1系統(tǒng)工作原理的分析

在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器， 稱重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，受到 的壓力或拉力不同，產(chǎn)生的電信號(hào)也隨著變化，而且力 與電信號(hào)的關(guān)系一般為線性關(guān)系。由于稱重傳感器一 般的輸出范圍為0?20 mV，這對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換或單片機(jī) 的工作參數(shù)來(lái)說(shuō)，不能滿足A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)的正常 工作需求，所以需要對(duì)輸出的信號(hào) 進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的信號(hào) 為模擬信號(hào)，所以需要利用A/D轉(zhuǎn) 換將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便單片 機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸 出的電信號(hào)和速度傳感器輸出的速 度信號(hào)計(jì)算出物體的重量。

2.2報(bào)警系統(tǒng)原理分析

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

2.3實(shí)際流水線模擬

在制藥流水線中（圖6)，當(dāng)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(cè)模塊。如圖6所示，重 量檢測(cè)系統(tǒng)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(cè)并合格后才能繼續(xù)被傳送。為了能 夠更好地對(duì)合格產(chǎn)品及超重產(chǎn)品進(jìn)行分別處理，稱重 檢測(cè)系統(tǒng)加入了 2個(gè)由直流電機(jī)分別控制的2臺(tái)風(fēng)扇 (上風(fēng)扇和下風(fēng)扇）。若重量檢測(cè)合格，則單片機(jī)就會(huì)執(zhí) 行控制上風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的程序，將藥品吹送到下一個(gè)傳送 帶繼續(xù)傳送。而當(dāng)檢測(cè)時(shí)，若采集的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理 后得到的數(shù)據(jù)超過(guò)系統(tǒng)預(yù)設(shè)好的重量范圍時(shí)，系統(tǒng)報(bào)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(jié)語(yǔ)

隨著集成電路和計(jì)算機(jī) 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(tǒng)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(jī)，因其性價(jià)比極 高而得到廣泛的應(yīng)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(cè) 控系統(tǒng)中對(duì)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(xiàn)將會(huì)更好地滿足人們的 需要，為人類社會(huì)生活提供更好的服務(wù)。