基于L—PSIII的電子稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測(cè)量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測(cè)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(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在遠(yuǎn)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(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。

本文設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件，用C語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，硬件則以橋式傳感器為主，稱重范圍0～9.999公斤，隨時(shí)可改變上限閾值，并達(dá)到閾值報(bào)警的功能。稱重傳感器輸出的電量是模擬量，數(shù)值比較小達(dá)不到A/D轉(zhuǎn)換接收的電壓范圍。所以送A/D轉(zhuǎn)換之前要對(duì)其進(jìn)行前端放大、整形濾波等處理。然后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果才能送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示。其數(shù)據(jù)顯示部分采用LCD顯示，成本低且能很好地實(shí)現(xiàn)所要求的功能。本設(shè)計(jì)的全部控制功能，包括基本的稱重功能、累計(jì)計(jì)費(fèi)功能、去皮功能以及顯示購(gòu)物清單的功能，可以設(shè)定10種商品的單價(jià)，由于系統(tǒng)資源豐富，還可以方便的擴(kuò)展其應(yīng)用。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)：電子秤的稱重基本功能，對(duì)采集到的代表重量的信號(hào)能同時(shí)顯示重量、金額和單價(jià);重量的單位為公斤，最大稱重為9.999公斤;單價(jià)和總價(jià)的單位為元，最大數(shù)值為9999.99元;具有去皮功能和總額累加計(jì)算功能。自擬10種商品名稱，能顯示購(gòu)物清單，清單內(nèi)容包括：商品名稱，數(shù)量，單價(jià)，金額，本次購(gòu)物總金額、購(gòu)貨日期、收銀員編號(hào)和售貨單位名稱，具有中文顯示功能。總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.2 器件選型

1)傳感器

稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，輸出信號(hào)電壓可由下式給出：

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

2)A/D轉(zhuǎn)換器

由上面對(duì)傳感器量程和精度的分析可知：A/D轉(zhuǎn)換器誤差應(yīng)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的干擾，12位A/D無法滿足系統(tǒng)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(zhuǎn)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(diào)零，超量程信號(hào)，全部輸出于TTL電平兼容，抗干擾能力強(qiáng)。對(duì)正負(fù)對(duì)稱的工頻干擾信號(hào)積分為零，所以對(duì)50 Hz的工頻干擾抑制能力較強(qiáng)，對(duì)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(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對(duì)本

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

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 前端信號(hào)處理

壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)，所以對(duì)運(yùn)算放大器要求很高。系統(tǒng)中采用專用儀表放大器芯片INA126。該芯片內(nèi)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，通過改變RG的大小來改變放大器的增益。INA126構(gòu)成的放大器及濾波電路。

通過調(diào)節(jié)的阻值來改變放大倍數(shù)。微弱信號(hào)Vi1和Vi2被分別放大后從INA126的第6腳輸出。A/D轉(zhuǎn)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(hào)在0～20 mv左右，因此放大器的放大倍數(shù)在200～300左右，可將接成的滑動(dòng)變阻器。由于ICL7135對(duì)高頻干擾不敏感，所以濾波電路主要針對(duì)工頻及其低次諧波引入的干擾。因?yàn)閴毫π盘?hào)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(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)脈沖的中部，如果時(shí)鐘頻率太高，則數(shù)據(jù)的接受程序還沒有接受完畢，數(shù)據(jù)就已經(jīng)消失了。考慮到此系統(tǒng)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/D轉(zhuǎn)換器精度與外接的積分電阻、積分電容的精度無關(guān)，因而可以降低對(duì)元件質(zhì)量的要求。ICL7135當(dāng)精度要求較高時(shí)，應(yīng)采用外接基準(zhǔn)源。一般接其典型值1 V。

2.3 鍵盤輸入和顯示輸出

本系統(tǒng)采用16按鍵矩陣組來實(shí)現(xiàn)，分為10個(gè)數(shù)字鍵0～9及6個(gè)控制鍵。考慮到需要顯示漢字，選用帶有中文字庫的液晶顯示器LCD12864。其中鍵盤說明如表1所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件的整體設(shè)計(jì)主要包括：數(shù)據(jù)采集和處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤程序、顯示程序等幾個(gè)模塊。主程序的流程圖如圖5所示。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)基本上滿足設(shè)計(jì)要求，但很大程度上仍需較大的改進(jìn)。首先，數(shù)模轉(zhuǎn)換只能作為演示程序以實(shí)現(xiàn)功能之用，而要使精度達(dá)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，通過此次設(shè)計(jì)，深感一個(gè)團(tuán)隊(duì)的重要性。由于組隊(duì)倉促，再加上相互間了解不多，以至同組隊(duì)員中途放棄。個(gè)人之力總有局限，難以完成所有要求。