高精度电子秤的设计与研究

它主要提出了一种简单，实用和改进的高精度电子秤设计，可大大提高测量精度。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。此设计的压力传感器使用电阻应变仪，该应变仪可将机械组件上的应变变化转换为电阻变化。采用STC89C51RC单片机为控制核心，以电阻应变计为测量装置，采用16位高精度A / D转换芯片AD770506将模拟量转换为数字量，并将数据传输至单片机。芯片微电脑。单片机通过LCD1602显示。该设计电路集成度高，抗噪声能力强，滤波效果显着，具有良好的系统稳定性和测量精度。 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，商品贸易没有统一的标准，各行各业的劳动生产过程都达不到固定的精度，从而制约了生产力的发展。称重技术现已成为一种广泛应用于工业，服装，运输，科学研究等各个领域的计算方法，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，从机械到机电组合，最终到全电子化，从单一功能到多功能过程。特别是在过去的30年中，现场称重，成分的定量称重和产品质量测试已与电子秤密不可分。这是因为电子秤不仅可以发出质量和重量信号，而且还可以作为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，各国都非常重视称重技术的研究和衡器产业的发展。 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年代初出现机电式和电子称重仪器以来，电子称重仪器在过去的45年中发生了很大的变化。起初，我国的电子衡器主要是与机电式结合，如今已被电子衡器和数字智能衡器所代替。现在，电子称重仪表的制造技术和应用有了新的趋势。电子称量技术更注重动态称量，而不是静态称量：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，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称重产品的发展以及国内外市场的需求，电子称重仪器的总体发展趋势是小型化，模块化，集成化和智能化，技术性能趋势是高速，高精度，和高稳定性。 ，可靠性高，其功能发展趋势是称量测量的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。它还可以用于确定与质量有关的其他数量，参数和特性。它通常由三个部分组成：（1）承重传递力重置系统它是被叫对象与会话对象之间的机械和力返回系统。n原始称，也称为电子秤的秤体，通常包括承受被称物体负载的载体，称重桥结构，悬挂的连接部件和极限减振机构等。（2）称重传感器是一个将非电能（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信号。对称重量传感器的基本要求是：输出功率与输入重量相对应，以保持单一值，并具有良好的线性关系，灵敏度高，对被称物体的状态影响很小，并且可以在恶劣的工作条件下工作，具有较好的频率响应特性，稳定可靠。 （3）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（例如放大器，模数转换等。）显示，打印，数据传输，存储设备等）。该部分传统上称为负载测量设备或辅助仪器。在数字测量电路中，它通常包括前置放大，滤波，计算，转换，计数，配准，控制和驱动显示。 1.2电子秤的工作原理STC89C51RC MCU是使用8051内核的ISP系统内可编程芯片。 STC89C51RC MCU器件与标准MCS-51指令系统和80C51引脚结构兼容。 STC89C51RC MCU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）功能。通过PC端的控制程序，可以将用户的程序代码下载到MCU中，而无需购买通用编程器，而且速度更快。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是：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量的最大值。 （2）标定值：电子秤的测量范围分为几个相等的部分，每个值都是标定值，用e或d表示。 （3）分度数：天平的测量范围分为几个相等的部分。等份的总数是除法数，用n表示。 （4）精度等级：国际法律计量机构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，划分范围n的电子秤，如表1所示。 。 显示。 2.系统设计与实现数字电子秤的设计提出了一种简单，实用，高精度的电子秤设计，大大提高了测量精度。设计分为四个模块：称重传感器，滤波电路，A / D转换电路，并且称重结果通过外部LED显示模块显示。该电路使用电阻应变桥传感器收集电压的微小变化。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显示屏由实际测量值组成。数字电子秤设计的核心组件由稳定电源，称重传感器，滤波器电路和A / D转换电路（内部集成差分放大器电路和2-AADC）组成。外部LED显示称量结果，具有灵敏度高，显示响应快，范围广，错误率低等优良性能。采用高性能24位AD7799模数转换芯片以p为核心，以PS7219驱动电路驱动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，最小分度为0.1g，称量精度为1 / 60,000 。电子秤系统的整体设计大大提高了测量精度。另外，该设计电路集成度高，抗噪能力强，滤波效果显着，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，该稳压器为电子秤的称重传感器提供激励电压，同时通过电阻生成所需的参考电压UREF。网络为AD7799提供基准电压。传感器输出的弱电压变化经过滤波电路滤波，并通过外部引脚发送至AD7799。带有可编程增益放大器（PGA）的集成式低噪声仪器可满足弱信号放大的要求。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，因此只需将其连接到数字显示驱动器即可在显示期间显示。选择PS7219作为显示驱动程序，以可视方式显示数字系统的运行数据。 2.1最常见的压力传感器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。压力传感器采用电阻应变计，可以将机械部件上的应变变化转换为电阻变化。电阻应变仪由常数= 0.02-0.05mm的康斯坦丝线或镍铬线制成，缠绕在网格中并夹在两层绝缘片之间。将镀银铜线连接到应变仪线栅，作为电阻片的引线。使用惠斯通电桥原理来测量电阻变化。电阻应变传感器是一种结构传感器，利用电阻应变的作用将各种机械量转换为电信号。电阻应变仪式电阻应变传感器的核心元件，其工作原理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显示选择本设计中使用的1602LCD液晶屏幕用作显示模块。 1602LCD液晶屏具有微功耗，体积小，显示内容丰富，超薄轻巧等优点，外围电路简单。现在，字符LCD模块已经是单芯片应用设计中最常用的信息显示设备。其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。这些字符图形包括：阿拉伯数字，英文字母大写，常用符号和日语假名等，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采用C51编程语言，首先对单片机进行初始化，并对压力传感器进行自动校准。该程序使用模块化设计思想为每个功能编写相对独立的子例程。 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。