高精度电子秤的设计与研究

本文主要提出一种简单实用，改进的高精度电子秤设计方案，大大提高了测量精度。改进后的设计采用STC89C51RC单片机作为微控制器的电子秤，并采用了高精度的16位AD转换芯片AD770506。介绍了系统的总体设计和称重传感器信号采集系统的设计。这种设计压力传感器使用电阻应变仪，可以将机械部件上的应变变化转换为电阻变化。以STC89C51RC单片机为控制核心，以电阻应变计为测量装置，并采用16位高精度A / D转换芯片AD770506将模拟量转换为数字量，并将数据传输到单片机。 LCD1602上显示单片机。设计电路集成度高，抗噪声能力强，滤波效果显着，系统稳定性好，测量精度高。 0.简介自古以来，称重技术就受到世界各地人们的关注。在远古时代，由于缺乏完善的称重技术，商品贸易时没有统一的标准，在各行业的劳动生产过程中都达不到固定的精度，从而制约了生产力的发展。现在，称重技术已经成为一种计算方法，已广泛应用于工业，服装，运输，科学研究等各个领域，并且与我们的日常生活息息相关。电子秤的发展已从简单到复杂，从粗糙到精确，从机械到机电，最后发展到全电子，从单一功能到多功能。尤其是在过去的30年中，现场称重，成分的定量称重以及工艺流程中的产品质量测试已经与电子秤密不可分。这是因为电子秤不仅可以发出质量和重量信号，而且还可以用作整个系统中的检测和控制单元，从而促进了工业生产和贸易往来的自动化和合理化。因此，对称重技术的研究和衡器工业的发展已引起了各国的高度重视。 1950年代中期，电子技术被用于促进称重仪表制造的发展。自1960年代初出现机电组合式电子秤以来，在过去的45年中，电子秤发生了很大的变化。首先，中国的电子衡器主要是基于机电设备的组合。如今，它们已被电子称重仪和数字智能称重仪所取代。如今，电子称重设备的制造技术和应用有了新的发展趋势。电子称重技术比静态称重更加关注动态称重：测量方法也趋向于数字测量而不是模拟测量，并且测量特性也发展为多参数测量，从而代替了单参数测量。快速称量和动态称量已成为研究和应用的重点。通过分析近年来电子衡器产品的发展以及国内外市场的需求，电子衡器的总体发展趋势是小型化，模块化，集成化和智能化。技术性能趋向于高速，高精度和高稳定性。 ，可靠性高，其功能趋向于称量控制信息和非控制信息的“智能”功能，其应用性能趋于全面和综合。 1.系统组成1.1电子秤的基本结构电子秤是一种利用物体的重力来确定物体的质量（重量）的测量仪器。它也可以用于确定与质量有关的其他数量，参数和特性。它通常包括三个部分：（1）承重和力返回复位系统。它是一个在威格士之间的机械和力返回复位系统hed对象和转换元素。也称为电子秤的秤。它通常包括一个承载称重物体的载体。 ，称为桥架结构，悬挂连接件和限制减振机构。 （2）称重传感器是将非电能（质量或重量）转换为电能的转换元件。它是一种辅助手段，用于将支撑力转换为适合测量和评估的电信号或其他形式的信号。对称重量传感器的基本要求是：输出功率和输入重量保持单一值，线性关系好，灵敏度高，对被称物体的状态影响小，可以在较差的条件下工作工作环境。具有良好的频率响应特性，稳定可靠。 （3）用于测量显示和数据输出的负载测量装置是电子电路（包括放大器，模数转换，电流源或电压源，调节器，补偿元件，保护电路等）和指示组件（如作为放大器，模数转换，电流源或电压源），用于处理称重传感器的信号。显示，打印，数据传输，存储设备等）。通常将此部分称为负载测量设备或辅助仪表。数字测量电路通常包括前置放大，滤波，计算，转换，计数，配准，控制和驱动显示。 1.2电子秤STC89C51RC微控制器的工作原理是使用8051内核的ISP系统内可编程芯片。 STC89C51RC微控制器设备与标准的MCS-51指令系统和80C51引脚结构兼容。 STC89C51RC微控制器芯片集成了通用的8位中央处理器和ISPFlash。存储单元具有系统内可编程（ISP）特性。使用PC端控制程序，可以将用户的程序代码下载到微​​控制器中，而无需购买通用编程器，并且速度更快。完全满足该系统的设计要求。 1.3电子秤的测量性能电子秤的测量性能设计的主要技术指标为：量程，分度值，分度号，精度等级等。（1）量程：电子秤的最大称量最大值，即电子秤在正常工作条件下可以称重的最大值。 （2）分度值：电子秤的测量范围分为几个相等的部分，每个值都是分度值，用e或d表示。 （3）分度数：将仪器的测量范围分为若干等份，等分的总数用n表示。 （4）精度等级：国际法律计量组织按照不同的划分将电子秤分为I，n，in和IV四个等级，分别对应于精度不同的电子秤和n的范围，如表所示。 1.显示。 2.数字电子秤设计的系统设计与实现提出了一种简单实用的高精度电子秤设计方案，大大提高了测量精度。该设计分为四个模块：一个称重传感器，一个滤波电路和一个A / D转换电路。外部LED显示模块显示称量结果。该电路使用电阻应变桥传感器收集电压的微小变化。由电感器和电容器组成的抗干扰EMI滤波器可滤除高频杂波，以减少外部环境对电子秤电路的影响。由电阻和电容组成的一阶RC滤波器用于限制输入信号的带宽。降低输入信号的噪声。通过内部集成的差分放大器电路和高性能的2-AADC（过采样模数转换器）A / D转换芯片AD7799，将输入电压信号放大并转换为数字输出，显示模块使用驱动器PS7219驱动四位八段LED显示屏用于显示实际测量值。数字电子秤设计的核心组件是稳压电源，称重传感器，滤波电路和A / D转换电路（内部集成的差分电路）。放大电路和2-AADC）。外部LED显示称量结果，具有高灵敏度，快速响应显示，范围广和错误率低的特点。 PS7219驱动电路以高性能24位AD7799模数转换芯片为核心，用于驱动LED来显示称量结果。设计了一种高精度电子秤，最大称量为6kg，最小刻度为0.1g，称量精度为1 / 60,000。电子秤系统的整体设计已大大提高了测量精度。另外，该设计电路具有很高的集成度，很强的抗噪声能力和显着的滤波效果，因此具有良好的系统稳定性和测量精度。 9V电池用于通过三端集成稳压器LM340获得+ 5V稳压输出，该稳压器为电子秤称重传感器提供激励电压，同时通过电阻器网络生成所需的参考电压UREF，以提供AD7799的基准电压。传感器输出的弱电压变化通过滤波电路进行滤波，并通过外部引脚发送至AD7799。集成的低噪声仪表可编程增益放大器（PGA）用于满足弱信号放大要求。放大后的信号为AD7799内部的2-AADC转换为数字信号。由于所选芯片AD7799已经具有解码功能，因此在显示时只需要将其连接到数字显示驱动器即可。选择PS7219作为显示驱动程序以可视方式显示数字系统。操作数据。 2.1压力传感器最常见的电子秤是通过桥式压力传感器实现的。压力传感器的输出电压与放置在其上的重量成正比。压力传感器使用电阻应变仪，可以将机械组件上的应变变化转换为电阻变化。电阻应变仪由$ = 0.02-0.05mm的康斯坦丝线或镍铬线制成，并缠绕成网格形状，并夹在两个绝缘片中。镀银铜线作为电阻器芯片引线连接到应变仪线栅。惠斯通电桥原理用于测量电阻的变化。电阻应变传感器是一种结构传感器，利用电阻应变效应将各种机械量转换为电信号。电阻应变仪电阻应变仪传感器的核心元素是基于材料的电阻应变效应。电阻应变计可以单独用作传感器，也可以用作与弹性元件组合以形成机械量传感器的敏感元件。 2.2显示器的选择本设计中使用的1602LCD LCD屏幕用作显示模块。 1602LCD液晶屏幕具有许多优点，例如微功耗，小尺寸，丰富的显示内容，超薄和轻巧以及外围电路简单。字符LCD模块现在是微控制器应用程序设计中最常用的信息显示设备。该模块的内部字符生成存储器已存储了160种不同的点矩阵字符图形。这些字符图形为：阿拉伯数字，英文字母大写，常用符号和日文假名等，每个字符都有固定的代码，可以通过指令编程来实现其读写操作，屏幕和光标操作。 3.软件系统设计软件部分使用C51编程语言。首先初始化微控制器，然后自动校准压力传感器。该程序采用模块化设计思想，并为每个功能编写相对独立的子程序。 4.结论本系统使用STC89C51RC微控制器作为微控制器，使用LCD1602作为显示模块。程序设计采用模块化设计思想，可以满足大多数用户的需求，具有一定的使用价值。