论文部分内容阅读
摘要：称重计量是人类生活中不可缺少的部分，由于电子秤具有准确度高、反应灵敏、性能稳定、结构简单，环境适应性强等优点，在工商贸易、轻工食品、医药卫生等领域得到广泛应用。本文专门对高精度、小量程电子秤进行设计，具体从系统总体设计原理入手，对高精度、小量程的电子秤系统的硬件部分和软件部分进行了详细论述，希望能对同行起到借鉴的作用。
关键词：小量程；电子秤；硬；软件设计
Abstract：The weight measurement is an indispensable part of human life, and electronic scales with high accuracy, responsive, stable performance, simple structure, environmental adaptability, etc., in the field of trade and industry, light industry and food, medicine and health has been widelyapplications. This article specifically addresses the design of high-precision, small-scale electronic scales, the specific start from the overall system design principles are discussed in detail, precision, small-scale electronic scale system hardware part and software part, hope to learn from peers play role.
Key words: small range; electronic scales; hard; software design
中图分类号：TB932 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
引言
称重计量是人类生活中不可缺少的部分。随着现代文明和科学技术的不断进步，人们对称重计量的准确度要求越来越高。由于电子秤具有准确度高、反应灵敏、性能稳定、结构简单，环境适应性强等优点，在工商贸易、轻工食品、医药卫生等领域得到广泛应用[1]。同时，对于某些贵重金属、有毒有害物质及药品等，由于其价格昂贵或者特殊性质.严格限制其重量非常重要。因此高精度小量程电子秤的研究就成為了解决这一问题的关键。
一、系统整体方案设计
1、设计要求
本文拟设计一套高精度小量程电子秤。
2、系统总体设计原理
电子秤具有计价和显示的功能，包括单片机，键盘，显示器等部分。由这些基本的构件就构成了实用电子秤的工作原理。市场上的电子秤虽然品种多样但其原理都大致相同[2]。即：称重物品经由装在构件上的重量传感器，传感器产生形变，导致激励电压变化从而产生可变得模拟输出模拟信号，经放大及滤波处理后由A/D处理器转换为数字信号，数字信号有中央处理器CPU(单片机)运算处理，而周边所需的功能及各种接口电路也和单片机连接应用，最后，由显示屏幕用数字方式显示【3】。
二、系统硬件设计
1、单片机的选择
单片机选用我们熟悉的单片机。即最后电路的核心采用经常用的，好用和廉价的ATEML公司的AT89C52。
AT89C52单片机是木设计所有功能的一实现的核心，它对整个系统的运行起监测和控制作用[3]。AT89C52是一个低电抓，高性能CMIOS 8位单片机，片内含8K Bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器(ROM)和256 bytes的随机存储数据存储器(RAMI),其间采用ATMEL公司的高密度、非易事性存储技术生产，兼容标准N(CS-51指令系统，片内置通川8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供较复杂系统控制应用场合。
2、其他硬件选型设计
显示器采用4位集成式共阴性LED，单片机控制LED的数据显示，采用两片74LS273地址锁存器来对位码与段码进行上升延锁存相应的地址II为，字位II: DFFF H，字段口:BFFF H74LS02:非门，对单片机的片选信号取反，并和读写信号一起作用决定74Ls273的片选【4】。
LED显示采用并行驱动电路，因为并行驱动结构比较简单，可清楚地说明地址与数据总线的复用情况，采用动态扫描方式不停的扫描字位日，从而实现不同字位的数据动态显示。
压力传感器(称重传感器)准确度等级包括:非线性形变，蠕变恢复，滞后重复性，灵敏度等级等技术指标，选择时既要满足精度又要考虑其成本。称重系统是对传感器的输出信号经过处理后显示结果，一次灵敏度要满足称重系统相匹配。
8位数模转换器ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与i编码器、一个n/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据【5】。
三、系统软件设计
1、设计思想
分析系统的信息流向如下：
模拟的产品质量一(传感器)一模拟的较小电压量一（放大电路)一较大的电压值一(AD转换器)一二进制的电坏一(BCD)一相应的质量输出一(键盘输入单价，井做相应的数据处理)一显示总价。
在手编写各部分的程序之前，还需做两件事：分配系统资源和设计流程图。提高软件设计总体效率的有效方法是先设计流程图，在开始编程。程序流程图的设计过程就是程序逻辑设计的过程。具体流程图由于篇幅有限，在此不再赘述。
2、主要子模块的设计
（1）AD0809数据采集滤波模块的设计
图2所示的流程图为AD0809数据采集，滤波模块的设计。数据采集时，选用单片机用查询方式来判断AD0809是否将数据转换己完成。若完成了就读结果并对数据进行软件滤波。系统采用软件滤波，其优点可概括为:(1)软件滤波是一个计算过程，无需硬件，因此可称性高并且不存在阻抗匹配问题(2)只要适当改变数字滤波程序或有关滤波参数.就能方便的改变滤波特性.在许多中滤波方式中，选用了算术平均滤波法。它是把N个连续采样值相加，然后取起算术平均值作为本次测量的滤波值。
将模拟数据进行AD转换，就需要将对他进行量化，在本次的设计中，该系统的可以显示的总质量为250克，相对的电压为5伏，量化为二进制数就变为255。电I与爪进制数之问的系数为51，有传感器出来的电压转换的程序不再赘述。
对数据进行AD转换可以应用以下几种方式进行【6】：
1、中断方式:将AD转换器的EOC引脚与单片机的终端引脚相接，如果有数据需要转换就向单片机发出终端中请，接到中请后进行转换，使用这种方式可以减少大量的时问，提高整个系统的工作销率，
2、查询方式:将AD转换器的EOC引脚，与单片机的任意引脚相接，然后不停的查询这一引脚的电平是否发生变化。
3、等待方式:采用延时程序，延时的时问大于Ad转换所需要的时间，保证AD转换可以在这段时间内完成即可。
由于篇幅有限，本系统中其他模块的实现及程序设计（如：键盘处理子模块、显示子模块、电子秤售药系统软件程序）不能在此一一叙述，望读者谅解。
结论
本文设计了一套高精度、小量程的电子秤，对其系统的硬件部门和软件部分进行了详细论述，希望能对同行起到借鉴的作用。
参考文献
朱欣华.姚大忠.钾能仪器原理及应用.北京:中国计量出版社.2002年
赵总社.关于电子秤的工作原理与应用.科技信息，2007 (01)：35-37
杨奕.微型电子秤用传感器的研制.常州工学院学报2006 第4期：:55-57
鲍丙豪,赵湛,杨凯峰.基于厚膜力传感器的电子秤设计.仪表技术,2005 第2期:106-108
王美胜.称重传感器的选用.仪器仪表标准化与计量,2003 第1期:67-68
魏少轩.电子称重系统传感器的选用技术.计量与测试技术;1996 第6期:94-98
作者简介：王春雷（1980年），男，山西省长治医学院生物医学工程系助教，在读研究生。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：小量程；电子秤；硬；软件设计
Abstract：The weight measurement is an indispensable part of human life, and electronic scales with high accuracy, responsive, stable performance, simple structure, environmental adaptability, etc., in the field of trade and industry, light industry and food, medicine and health has been widelyapplications. This article specifically addresses the design of high-precision, small-scale electronic scales, the specific start from the overall system design principles are discussed in detail, precision, small-scale electronic scale system hardware part and software part, hope to learn from peers play role.
Key words: small range; electronic scales; hard; software design
中图分类号：TB932 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）
引言
称重计量是人类生活中不可缺少的部分。随着现代文明和科学技术的不断进步，人们对称重计量的准确度要求越来越高。由于电子秤具有准确度高、反应灵敏、性能稳定、结构简单，环境适应性强等优点，在工商贸易、轻工食品、医药卫生等领域得到广泛应用[1]。同时，对于某些贵重金属、有毒有害物质及药品等，由于其价格昂贵或者特殊性质.严格限制其重量非常重要。因此高精度小量程电子秤的研究就成為了解决这一问题的关键。
一、系统整体方案设计
1、设计要求
本文拟设计一套高精度小量程电子秤。
2、系统总体设计原理
电子秤具有计价和显示的功能，包括单片机，键盘，显示器等部分。由这些基本的构件就构成了实用电子秤的工作原理。市场上的电子秤虽然品种多样但其原理都大致相同[2]。即：称重物品经由装在构件上的重量传感器，传感器产生形变，导致激励电压变化从而产生可变得模拟输出模拟信号，经放大及滤波处理后由A/D处理器转换为数字信号，数字信号有中央处理器CPU(单片机)运算处理，而周边所需的功能及各种接口电路也和单片机连接应用，最后，由显示屏幕用数字方式显示【3】。
二、系统硬件设计
1、单片机的选择
单片机选用我们熟悉的单片机。即最后电路的核心采用经常用的，好用和廉价的ATEML公司的AT89C52。
AT89C52单片机是木设计所有功能的一实现的核心，它对整个系统的运行起监测和控制作用[3]。AT89C52是一个低电抓，高性能CMIOS 8位单片机，片内含8K Bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器(ROM)和256 bytes的随机存储数据存储器(RAMI),其间采用ATMEL公司的高密度、非易事性存储技术生产，兼容标准N(CS-51指令系统，片内置通川8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供较复杂系统控制应用场合。
2、其他硬件选型设计
显示器采用4位集成式共阴性LED，单片机控制LED的数据显示，采用两片74LS273地址锁存器来对位码与段码进行上升延锁存相应的地址II为，字位II: DFFF H，字段口:BFFF H74LS02:非门，对单片机的片选信号取反，并和读写信号一起作用决定74Ls273的片选【4】。
LED显示采用并行驱动电路，因为并行驱动结构比较简单，可清楚地说明地址与数据总线的复用情况，采用动态扫描方式不停的扫描字位日，从而实现不同字位的数据动态显示。
压力传感器(称重传感器)准确度等级包括:非线性形变，蠕变恢复，滞后重复性，灵敏度等级等技术指标，选择时既要满足精度又要考虑其成本。称重系统是对传感器的输出信号经过处理后显示结果，一次灵敏度要满足称重系统相匹配。
8位数模转换器ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与i编码器、一个n/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据【5】。
三、系统软件设计
1、设计思想
分析系统的信息流向如下：
模拟的产品质量一(传感器)一模拟的较小电压量一（放大电路)一较大的电压值一(AD转换器)一二进制的电坏一(BCD)一相应的质量输出一(键盘输入单价，井做相应的数据处理)一显示总价。
在手编写各部分的程序之前，还需做两件事：分配系统资源和设计流程图。提高软件设计总体效率的有效方法是先设计流程图，在开始编程。程序流程图的设计过程就是程序逻辑设计的过程。具体流程图由于篇幅有限，在此不再赘述。
2、主要子模块的设计
（1）AD0809数据采集滤波模块的设计
图2所示的流程图为AD0809数据采集，滤波模块的设计。数据采集时，选用单片机用查询方式来判断AD0809是否将数据转换己完成。若完成了就读结果并对数据进行软件滤波。系统采用软件滤波，其优点可概括为:(1)软件滤波是一个计算过程，无需硬件，因此可称性高并且不存在阻抗匹配问题(2)只要适当改变数字滤波程序或有关滤波参数.就能方便的改变滤波特性.在许多中滤波方式中，选用了算术平均滤波法。它是把N个连续采样值相加，然后取起算术平均值作为本次测量的滤波值。
将模拟数据进行AD转换，就需要将对他进行量化，在本次的设计中，该系统的可以显示的总质量为250克，相对的电压为5伏，量化为二进制数就变为255。电I与爪进制数之问的系数为51，有传感器出来的电压转换的程序不再赘述。
对数据进行AD转换可以应用以下几种方式进行【6】：
1、中断方式:将AD转换器的EOC引脚与单片机的终端引脚相接，如果有数据需要转换就向单片机发出终端中请，接到中请后进行转换，使用这种方式可以减少大量的时问，提高整个系统的工作销率，
2、查询方式:将AD转换器的EOC引脚，与单片机的任意引脚相接，然后不停的查询这一引脚的电平是否发生变化。
3、等待方式:采用延时程序，延时的时问大于Ad转换所需要的时间，保证AD转换可以在这段时间内完成即可。
由于篇幅有限，本系统中其他模块的实现及程序设计（如：键盘处理子模块、显示子模块、电子秤售药系统软件程序）不能在此一一叙述，望读者谅解。
结论
本文设计了一套高精度、小量程的电子秤，对其系统的硬件部门和软件部分进行了详细论述，希望能对同行起到借鉴的作用。
参考文献
朱欣华.姚大忠.钾能仪器原理及应用.北京:中国计量出版社.2002年
赵总社.关于电子秤的工作原理与应用.科技信息，2007 (01)：35-37
杨奕.微型电子秤用传感器的研制.常州工学院学报2006 第4期：:55-57
鲍丙豪,赵湛,杨凯峰.基于厚膜力传感器的电子秤设计.仪表技术,2005 第2期:106-108
王美胜.称重传感器的选用.仪器仪表标准化与计量,2003 第1期:67-68
魏少轩.电子称重系统传感器的选用技术.计量与测试技术;1996 第6期:94-98
作者简介：王春雷（1980年），男，山西省长治医学院生物医学工程系助教，在读研究生。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。