电子秤测体重的硬件与软件设计

电子秤的硬件设计

2.1 传感器的选择

2.1.1应变式电阻传感器的测量原理。

应变式电阻传感器的工作原理：当导体或半导体受到外力作用时，会产生机械变形，从而导致阻值变化。导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关。当导体受外力作用时，电阻率及几何尺寸的变化会引起电阻的变化。因此，通过测量电阻值的大小，就可以反映外界力的大小。

电阻型应变片传感器的测量电路可采用桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个电阻均可以是应变片。

图2.1.1 桥式测量电路图

如能恰当的选择个桥臂的电阻，可以消除电桥的恒定输出，使输出电压只与应变片的电阻有关。

=Uab=R1R2/(R1+R2)*(△1/R1-△2/R2+△3/R3-△4/R4) 2.1.2传感器的分类和选择

应变片式电阻传感器按其测量电路（桥式）可分为单臂式、半桥式、全桥式三种。

所谓半桥，即将电桥的四臂接入四应变片。其中：一片受拉，一片受压，另外两应变片不受力。全桥是两片受拉，两片受压，故灵敏度比半桥式的大一倍。

本方案采用半桥式传感器。

2.2 放大电路的设计

传感器输出电压为毫伏级，而A/D转换器所能处理的电压是0～5V，所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为100～200倍，使输出电压为0～5V。

由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低，故采用三运放结构。

三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点，且有良好的温度稳定性，低噪单端输出和和增益调整方便，适于在传感器电路中应用。

如图3-2所示，图中为增益调节电阻，整个芯片仅为外接电阻，而运放为增益为1的差动输入放大器。

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图2.2.1 放大电路硬件原理图

2.3采集电路的设计

2.3.1数据采集系统的组成

数据采集系统的核心是计算机，他对整个系统进行控制和数据处理，他由采样/保持器，放大器，A/D转换器，计算机组成。

2.3.1 数据采样系统框图

2.3.2数据采样保持器

进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即A/D转换的孔径时间。当输入信号频率较高，由于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差；为了防止误差需在中间加一个功能器件采样/保持器，进行有效、正确的数据采集。

采样/保持器通常由保持电容器、模拟开关和运算放大器组成。其中对于低速场合可以采用继电器作为开关以减小开关漏电流的影响；在高速场合也可以用晶体管、场效应管来作为开关。

采样保持器的原理：如图，当开关闭合时，V1通过限电流电阻向电容C充电，在电容值合理的情况下，V0随Vi的变化而变化；当K断开时，由于电容C有一定的容量，此时输出V 0保持输入信号再开断开瞬间的电平值。

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图2.3.2 采样保持原理图

在模拟信号输入通道中，是否需要加采样/保持器，取决于模拟信号的变化频率和A/D 转换器的孔径时间；对快速过程信号，当最大孔径误差超过允许值时，必须在A/D转换器前加采样/保持器。但如果输入模拟量是直流量或者被测信号模拟量随时间变化非常缓慢，采样/保持（S/H）电路可以省去。

2.3.3 A/D转换器

设计中A/D转换器用的是ADC0809 A/D转换器，它是8路8位逐次逼近式转换器，结果为8位二进制数据，转换时间短（一般在级），满足题目要求的“实时采样”，并且它的转换精度在0.1%上下，比较适中，适用于一般场合。

由图2.3.3可见，单片机通过读控制线WR和0809片选线控制启动A/D转换及输入通道地址锁存，写控制线WR与ADC0809片选线控制输出允许。由于ADC0809具有通道地址锁存功能，通道选择ADD.A、ADD.B、ADD.C直接接单片机的数据口。模拟电压由IN0通道输入，A/D采样电压在0～5v之间变化。所模拟通道IN0地址口为0AOOOH，但是ADC0809无内置时钟，所以CLOCK由外部时钟信号控制。

图2.3.3 A/D转换器和单片机的接口电路

2.4 显示电路的设计

显示部分可以将处理得出的信号在显示器上显示，让人们直观的看到被测体的质量，也可以进行报警提示。

LCD液晶显示器是一种极低功耗显示器，从电子表到计算器，从袖珍时仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都广泛利用了液晶显示器。

本设计采用的显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GD RAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。

2.5 键盘电路的设计

利用键盘可选择电子秤工作模式、设定测量上限等。键盘部分采用矩阵式的键盘，采用这种结构的特点是把检测线分为两组，一组为行线，一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上。矩阵式的键盘的优点是需要的测试线的数量少，对于一个M×N的矩阵键盘与主机连接只需要M+N条测试线，这样键盘的规模越大，矩阵时键盘的有点越显著，当需要的按键数目大于8时，一般都采用矩阵式键盘。

图 2.5.1 矩阵式键盘结构图

2.6 报警电路的设计

报警电路是超过设定的范围，单片机输出信号驱动蜂鸣器发声警报，如图所示，当BD LL端为低电平时，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器报警，反之不报警，这里设定当超过质量的上限时通过软件使8031的P1.0口清零，再过P1.0口出来的低电平信号连接到BELL端蜂鸣器发声报警。

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