Ｒｅｓｅａｒｃｈ研究探讨２１ 基于５ １单片机的称重仪系统设计 郑尚真吴琦王壮 （沈阳理工大学辽宁沈阳 １１０１５９） 中图分类号：６３２２文献标识码：Ｂ 文章编号１００７—６３４４（２０１６）１０－０２１５－０１ 摘要：称重器是电子衡器的一种，在工业称重计量过程，电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段。本设计是饲养场 单体称重器是基于单片机的称重仪，它的硬件电路设计包括单片机最小系统、ＡｉＤ转换器、称重传感器、ＬＥＤ显示电路、±５Ｖ稳 压电源电路等几部分设计内容。电子秤产品的应用性能趋向上更综合性和组合性。 关键词：称重器；单片机；称重传感器；ＬＥＤ显示 弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感 器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品 质的应变场，使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变电信号的转换任务。 ３）检测电路 ０前言 自古以来称重技术就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、 科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器 中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外 贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现 代化水平和社会经济效益的提高。但是随着自动化测试技术的发展，传统的称重 系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便捷 式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。本系统采用ＡＴ８９Ｓ５１单片机作为核 心控制器件，结合高灵敏度的电阻式应变式压力传感器和高精度的Ａ，Ｄ转换器， 来设计称重系统的总体结构。实现物体质量、控制及显示报告的电气化与智能化。 检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电 桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较 方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广 泛的应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响 容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。 ３系统模块设计 该系统采用单片机作为主控制系统，主要目的在于称重之后的数字化显示和 实现精确的测量，故系统应该具有单片机工作所需的稳定的＋５Ｖ直流电源，又考 虑到数字化显示所用到的数码管中会出现某段被损坏而不被点亮的情况，系统应 该具有开机自检功能，就是开机后自动逐个扫描每一个晶体管，用来检查数码管 各段是否完好，可以依靠软件编程实现。 整个硬件系统由四大模块组成，下面以控制系统结构为依据就针对各模块做 具体的方案设计。 （１）主控制器模块方案选型 根据本设计与主控制系统的功能要求，以及性价比的最大化这里选用５１单片机。 而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在 起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。 （３）称重传感器 首先这里传感器选用Ｌ＿ＰＳＩＩ一１０型压力传感器，为双孔悬臂梁形式，是电子计价 秤的专用产品。计算并确定转换系数ｃ０，转换系数∞是表明每—个检定分度值（ｖ）中有 多少个示值单位，是用于把全部示值单位转换为“ｖ”的，它是由初始公称试验温度 ２０℃时，进程负荷试脸下试脸效据平均值确定的。计算参比示值，所谓“参比值” 即“理论示值”。计算各试验点ＥＬ。各试验点误差与最后一列最大允许误差相比较。 将计算结果与系统对传感器的要求做出比较，以确定选型是否成功。 （２）电源模块方案选型 为了使称重仪的供电方便，这里把电源设计成用２２０ｖ的交流电经过变压器后 输出±９的电压，经整流滤波电路后，通过ＬＭ７８０５和ＬＭ７９０５进行Ｄｃ／Ｄｃ变换 得到±５Ｖ供压力传感器器和系统的其他芯片使用。 （４）数据显示模块方案选型 本设计只需要显示出所称实物的实际重量，由于ＬＥＤ耗电省、使用寿命长、 成本低、亮度高等优点，再加上驱动简单，容易利用单片机对其进行控制和编程 等特点选用ＥＤ显示。 一１系统设计 根据系统的功能要求，系统由４个部分组成：控制器部分、信号采集部分、 数据显示部分、和电路电源部分，系统设计总体方案框图如图２－２所示。 压力传感器｝— 信号放大调理电路 中 Ｉ模／数转换 厂 ＝ ｌ ｌ 央 处 理 堕 兀 图１总系统体框图 信号采集部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电压信号，而后 经调理电路处理后，送Ａ／Ｄ转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接 受来自Ａ／Ｄ转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的 实际重量信号，并将其存储到存储单元中。控制器还可以通过对扩展ＦＯ的控制， 对键盘进行扫描，而后通过键盘控制程序，对整个系统进行控制。数据显示部分 根据需要实现显示功能。电路电源部分主要是为电路提供稳定方便的电源，将工 频电压直接转换成所需的±５Ｖ电压。 ２称重传感器的基本工作原理 称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯 电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下面公式给出： （１） 电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在 外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生 变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经测量电路把这 电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可 缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。 ’ １）电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成 为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数Ｋ。我们来介绍一下它的意义。设 有一个金属电阻丝，其长度为Ｌ，横截面是半径为ｒ的圆形，其面积记作Ｓ，其电 阻率记作，这种材料的泊松系数是“。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻 一４结语 本次设计的主要技术指标主要有以下四点：称重范围０－５０ＫＧ、分度值０．Ｏ１ＫＧ、 精确度０．０１ＫＧ、ＬＥＤ显示。其中在实现电路功能中主要存在的问题就似乎称重的 分度值和精确度，涉及到信号调理、转换和放大等许多方面。其外观通过ＬＥＤ显 示所有数据结果。 参考文献 ［１］苏凤，王选诚，陈政，杨海利．基于单片机的数字式称重仪设计［Ｊ］．传感器世 界，２０１５，１２：２１—２５． ［２］苏清祖，江文根，单春贤，唐平．单片机在车辆行驶称重仪中的应用［Ｊ】．江苏大 学学报（自然科学版），２ｏ０５，０２：１２５—１２８． ［３】朱宁贺．装载机智能称重仪设计［Ｄ］．西南交通大学，２０ｏ８． 值为Ｒ：（ｎ） ２１弹性体 作者简介：郑尚真（１９９５ ０９一）男，吉林省长春市人，本科学历，专业：测控技术与仪器。 吴琦（１９９５．０４一）男，辽宁省沈阳市人，本科学历，专业：测控技术与仪器。 王壮（１９９５ ０４－－）男，辽宁省葫芦岛市人，本科学历，专业：机械设计制造及其自动化。