本文設(shè)計了一種基于單片機AT89C52的便 攜式電子秤，闡述了便攜式電子秤的工作 原理，重點介紹了便攜式電子秤的硬件電 路設(shè)計及軟件設(shè)計流程。經(jīng)測試，電子秤 的各項性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級秤 的指標(biāo)。

引言

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電氣行業(yè)現(xiàn)代 化程度的不斷提高，生活中的電子產(chǎn)品也 越來越多。電子秤是生產(chǎn)生活中常用的稱 量裝置，其應(yīng)用簡單方便、體積小、稱量 速度快，被廣泛地應(yīng)用于商業(yè)、工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、服務(wù)業(yè)等各個部門。筆者設(shè)計一種以 Atmel公司的單片機AT89C52為核心，結(jié) 合A/D轉(zhuǎn)換器的高精度便攜式電子秤，其 最大量程為51kg，分度值為5g，檢定分度 數(shù)為51000/5=10200，達到了國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 的二級秤指標(biāo)。

1.便攜式電子秤的工作原理

便攜式電子秤以單片機AT89C52為 信息處理核心，外圍電路主要有電源模 塊、信號采集模塊、信號放大積分模塊、數(shù) 據(jù)儲存模塊、鍵盤及顯示輸出模塊、電壓 報警模塊等部分組成，其原理圖如圖1所 示。電源電路為系統(tǒng)提供+5V直流穩(wěn)壓電 源。當(dāng)被稱重物體放于秤盤（壓力傳感器） 上時，傳感器產(chǎn)生與被測物體相對應(yīng)的電 壓信號，信號經(jīng)放大電路放大，積分電路 初步數(shù)字化之后單片機接收，單片機再進 行數(shù)字濾波、處理輸出給LCD，顯示被稱 物體的質(zhì)量，完成稱重功能。同時還可以 通過鍵盤操作，實現(xiàn)秤初期制作時的標(biāo)定 及使用中背光等不同功能的選擇。電子秤 還具有電源監(jiān)測功能，可以完成低電壓報 警。

2.便攜式電子秤的硬件電路設(shè)計

電子秤的硬件電路設(shè)計以AT89C52 為核心，設(shè)計完成各功能的外圍電路，使 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，功能齊全。

2.1傳感器電路工作原理

秤盤只一種為了支撐被稱重物體而設(shè)計的支架，重點部件壓力傳感器安裝于 此部分。壓力傳感器即為能感受壓力并將 壓力信號轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。 本產(chǎn)品設(shè)計中選用電阻應(yīng)變片壓力傳感 器，金屬電阻應(yīng)變片選金屬箱應(yīng)變片。將 應(yīng)變片通過特殊的黏合劑緊密的黏合在產(chǎn) 生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力 變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，由 于金屬導(dǎo)體電阻的公式為R= P L/S,只要 應(yīng)變片的長度或橫截面積改變，則應(yīng)變片 的阻值就會發(fā)生改變，從而使加在電阻上 的電信號發(fā)生變化。假如金屬受外力作用 而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電 阻值便會增大。當(dāng)金屬受外力作用而壓縮 時，長度減小而截面增加，電阻值則會減 小。只要測出由于受力而產(chǎn)生的電阻變 化，即可獲得變化的電信號。

2.2信號放大積分電路設(shè)計

信號放大電路選用工作狀態(tài)穩(wěn)定，價 格合理的OP07，該芯片是一種低噪聲的雙 極性運算放大器集成電路。由于OP07具有 非常低的輸入失調(diào)電壓，所以不需要額外 的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流 低和開環(huán)增益高的特點，這種低失調(diào)、高 開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于放 大傳感器的微弱信號。150 u V的超低偏 移，1.8nA的低輸入偏置電流，0.5 u V/ °C的低失調(diào)電壓漂移，這些優(yōu)點足以說明 OP07做傳感器的放大電路極其適合，甚至 優(yōu)于16位或24位的A/D轉(zhuǎn)換器。放大電 路如圖2所示。

模擬信號運放電路放大后，還需要進 行數(shù)字化處理，本設(shè)計沒有直接選用A/D 轉(zhuǎn)換芯片，而是選用了 LM324比較器，如 圖3所示。利用比較器的數(shù)字化功能，既 能將信號數(shù)字化處理，同時又消除了噪 聲，將微弱信號或噪聲信號直接過濾掉， 增加了信號的可靠性。到此信號的硬件采 集處理已完畢，再將信號輸入單片機的輸 入引腳，實現(xiàn)軟件的信號采集。

2.3 LCD顯示電路設(shè)計 為了使用方便，顯示效果明了設(shè)計中 選用點陣式LCD，驅(qū)動芯片選用128點的 HT1621，其讀、寫、片選引腳均由單片機 控制，信號采集處理計算后，結(jié)果經(jīng)LCD 輸出顯示。

2.4電源監(jiān)測電路設(shè)計 由于本產(chǎn)品為便攜式產(chǎn)品，所以提供 AC220V及9V電池兩種供電方式，選用電 池供電方式，就涉及電池電量低提前報警 的功能，特設(shè)計電源監(jiān)測電路，設(shè)置電源 電壓報警點，結(jié)合軟件實現(xiàn)當(dāng)電池電量低 于7.5V時，發(fā)出提示信號，顯示在LCD屏 幕上，提醒用戶更換電池，當(dāng)電池電量達 到6.5V時，再次發(fā)出電源報警信號，并提 示用戶關(guān)機斷電，拆下電池。硬件電路中 利用兩級電壓比較來實現(xiàn)，電路如圖4所示。

3.便攜式電子秤的軟件設(shè)計

便攜式電子秤的軟件設(shè)計主要包括系 統(tǒng)初始化子程序、功能鍵處理子程序、秤 標(biāo)定校準(zhǔn)子程序、數(shù)據(jù)采集處理子程序、 顯示子程序、電源信號報警子程序等。便 攜式電子秤的主程序框圖如圖5所示，系 統(tǒng)首先完成傳感器信號的實時采集，進行 濾波處理，然后保存于單片機內(nèi)部的各種 判別程序處理，最終獲得稱重結(jié)果，經(jīng)過 LCD輸出顯示。

4.結(jié)語

筆者以ATMEL公司的AT89C52為核 心，設(shè)計了一種經(jīng)濟實用的便攜式電子 秤。按照國家標(biāo)準(zhǔn)《非自動秤通用檢定規(guī) 程JJG555-1996》的要求，利用M1級的檢 定砝碼，對本電子秤的線性度誤差、四角 偏載誤差、零點誤差等進行檢定，結(jié)果如 表1 :

檢定結(jié)果表明，該便攜式電子秤的各 項技術(shù)指標(biāo)均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的二級 秤指標(biāo)。