基于L—PSIII的電子稱(chēng)重系統的設計

隨著(zhù)時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計算機等現代電子技術(shù)的成就給傳統的電子測量與儀器帶來(lái)了巨大的沖擊和革命性的影響。常規的測試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統的電子測量?jì)x器在遠離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應的出現了各種各樣的智能儀器控制系統，使得科學(xué)實(shí)驗和應用工程的自動(dòng)化程度得以顯著(zhù)提高。

本文設計的電子秤以單片機為主要部件，用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件設計，硬件則以橋式傳感器為主，稱(chēng)重范圍0～9.999公斤，隨時(shí)可改變上限閾值，并達到閾值報警的功能。稱(chēng)重傳感器輸出的電量是模擬量，數值比較小達不到A/D轉換接收的電壓范圍。所以送A/D轉換之前要對其進(jìn)行前端放大、整形濾波等處理。然后，A/D轉換的結果才能送單片機進(jìn)行數據處理并顯示。其數據顯示部分采用LCD顯示，成本低且能很好地實(shí)現所要求的功能。本設計的全部控制功能，包括基本的稱(chēng)重功能、累計計費功能、去皮功能以及顯示購物清單的功能，可以設定10種商品的單價(jià)，由于系統資源豐富，還可以方便的擴展其應用。

1 方案設計

1.1 設計思路

該系統可實(shí)現：電子秤的稱(chēng)重基本功能，對采集到的代表重量的信號能同時(shí)顯示重量、金額和單價(jià);重量的單位為公斤，最大稱(chēng)重為9.999公斤;單價(jià)和總價(jià)的單位為元，最大數值為9999.99元;具有去皮功能和總額累加計算功能。自擬10種商品名稱(chēng)，能顯示購物清單，清單內容包括：商品名稱(chēng)，數量，單價(jià)，金額，本次購物總金額、購貨日期、收銀員編號和售貨單位名稱(chēng)，具有中文顯示功能?？傮w結構框圖如圖1所示。

1.2 器件選型

1)傳感器

稱(chēng)重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線(xiàn)等組成，內部線(xiàn)路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號電壓可由下式給出：

L-PSIII型傳感器，量程20 kg，精度為0.01%，滿(mǎn)量程時(shí)誤差0.002kg?？梢詽M(mǎn)足本系統的精度要求。其原理如圖2所示。

2)A/D轉換器

由上面對傳感器量程和精度的分析可知：A/D轉換器誤差應在0.03%以下。

12位A/D精度：10 kg/4096=2.44 g 14位A/D精度：10 kg/16384=0.61 g

考慮到其他部分所帶來(lái)的干擾，12位A/D無(wú)法滿(mǎn)足系統精度要求。所以我們需要選擇14位或者精度更高的A/D。

ICL7135雙積分型A/D轉換器精度高，但速度較慢，具有精確的差分輸入，輸入阻抗高(大于103MΩ)，可自動(dòng)調零，超量程信號，全部輸出于TTL電平兼容，抗干擾能力強。對正負對稱(chēng)的工頻干擾信號積分為零，所以對50 Hz的工頻干擾抑制能力較強，對高于工頻干擾有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本

系統，緩慢變化的壓力信號，很容易受到工頻信號的影響。故而采用雙積分型A/D轉換器可大大降低對濾波電路的要求。積分型A/D轉換器可大大降低對濾波電路的要求。作為電子秤，系統對AD的轉換速度要求并不高，精度上14位的AD足以滿(mǎn)足要求。

2 系統硬件設計

2.1 前端信號處理

壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器要求很高。系統中采用專(zhuān)用儀表放大器芯片INA126。該芯片內部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高、差模輸入阻抗大、增益高、線(xiàn)性度好，并且外部接口電路簡(jiǎn)單。放大器增益G=5+80kΩ/RG，通過(guò)改變RG的大小來(lái)改變放大器的增益。INA126構成的放大器及濾波電路。

通過(guò)調節的阻值來(lái)改變放大倍數。微弱信號Vi1和Vi2被分別放大后從INA126的第6腳輸出。A/D轉換器ICL7135的輸入電壓變化范圍是-2～+2 V，傳感器的輸出電壓信號在0～20 mv左右，因此放大器的放大倍數在200～300左右，可將接成的滑動(dòng)變阻器。由于ICL7135對高頻干擾不敏感，所以濾波電路主要針對工頻及其低次諧波引入的干擾。因為壓力信號變化十分緩慢，所以濾波電路可以把頻率做得很低。

2.2 模數轉換電路

ICL7135的時(shí)鐘頻率典型值為200 kHz最高允許為1200 kHz，時(shí)鐘頻率越高，轉換速度越快。每輸出一位BCD碼的時(shí)間為200個(gè)時(shí)鐘周期，選通脈沖位于數據脈沖的中部，如果時(shí)鐘頻率太高，則數據的接受程序還沒(méi)有接受完畢，數據就已經(jīng)消失了?？紤]到此系統頻率要求不是太高，ICL7135需要外接振蕩器，時(shí)鐘頻率取200 kHz。

此外ICL7135外部還需要外接積分電阻、積分電容，由于A(yíng)/D轉換器精度與外接的積分電阻、積分電容的精度無(wú)關(guān)，因而可以降低對元件質(zhì)量的要求。ICL7135當精度要求較高時(shí)，應采用外接基準源。一般接其典型值1 V。

2.3 鍵盤(pán)輸入和顯示輸出

本系統采用16按鍵矩陣組來(lái)實(shí)現，分為10個(gè)數字鍵0～9及6個(gè)控制鍵?？紤]到需要顯示漢字，選用帶有中文字庫的液晶顯示器LCD12864。其中鍵盤(pán)說(shuō)明如表1所示。

3 軟件設計

軟件的整體設計主要包括：數據采集和處理、模數轉換子程序、鍵盤(pán)程序、顯示程序等幾個(gè)模塊。主程序的流程圖如圖5所示。

4 結論

本設計基本上滿(mǎn)足設計要求，但很大程度上仍需較大的改進(jìn)。首先，數模轉換只能作為演示程序以實(shí)現功能之用，而要使精度達到要求，至少要使用14位或以上的AD;其次，程序比較冗雜，仍需優(yōu)化。再次，通過(guò)此次設計，深感一個(gè)團隊的重要性。由于組隊倉促，再加上相互間了解不多，以至同組隊員中途放棄。個(gè)人之力總有局限，難以完成所有要求。