-[9]。應(yīng)變計型傳感器通過粘合劑將電阻應(yīng)變計附接至金屬彈性元件，并且當(dāng)力施加于彈性元件以使其變形時，其被轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，并且測量了力的大小。應(yīng)變電阻型稱重傳感器優(yōu)于其他傳感器，并具有以下主要優(yōu)點(diǎn)。1.結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可制作各種秤量的稱重傳感器。2.線性度和重現(xiàn)性好，磁滯低，電流總精度可達(dá)到0.05?0.015％。3.既可用于壓力又可用于壓力，并且在承保和受壓之間具有良好的輸出特性對稱性。4.兼容，易用且易于與電子測量儀器匹配。5.使用壽命長，易于維護(hù)。6.它具有良好的頻率響應(yīng)，可以測量工作行為。2.4微型計算機(jī)系統(tǒng)與普通微控制器相比，該微控制器具有以下功能。1.集成度高，體積小51單片機(jī)是一個功能齊全并且集成度非常高的微處理器，能滿足很多產(chǎn)品對硬件的功能需求，并且具有結(jié)構(gòu)簡單；體積小的特點(diǎn)，符合便攜式電子秤的功能需求。2.面向控制且高度靈活該微芯片是面向控制的，具有異常強(qiáng)大的實(shí)時控制能力，允許cpu直接操作i/o接口，并針對從簡單到復(fù)雜的各種控制任務(wù)。3.抗干擾能力強(qiáng)在cpu的內(nèi)存訪問中，有許多用于I/O接口信息的傳輸線（總線），因此芯片內(nèi)部或外部沒有干擾，并且微控制器很小，適用溫度范圍很寬，并且應(yīng)用環(huán)境廣泛，在惡劣的條件下，在各種惡劣的環(huán)境中都可以輕易采用諸如關(guān)閉系統(tǒng)的磁性之類的措施，因此微芯片應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性要比普通微控制器系統(tǒng)的可靠性高得多。4.易于使用該應(yīng)用程序系統(tǒng)的硬件設(shè)計非常簡單，因?yàn)槠鋬?nèi)部功能強(qiáng)大并且便于系統(tǒng)擴(kuò)展，此外，它還為日本和海外的各種微控制器提供了開發(fā)工具，并且它們具有強(qiáng)大的軟件設(shè)置功能和設(shè)計使用微控制器的輔助裝置非常方便，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期，大大提高整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性。5.高性價比Microchip應(yīng)用系統(tǒng)的定價通常出于多種原因，包括微芯片的強(qiáng)度，低廉的價格，應(yīng)用系統(tǒng)的印刷尺寸小，插槽數(shù)量少以及易于安裝和調(diào)試等，因此價格會高于的微機(jī)系統(tǒng)。6.易于商業(yè)化由于微芯片的這種特性，可以縮短從微芯片應(yīng)用系統(tǒng)的原型到正式產(chǎn)品的過渡過程，并且可以將研究結(jié)果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)率。由于在功能上有很多優(yōu)勢和要求，它排在第八位，因此它在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。價格已經(jīng)下降，并且在未來幾年中它將繼續(xù)處于第八位的微控制器的舞臺上。可靠的使用，在每個經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，已經(jīng)廣泛的國民經(jīng)濟(jì)中，在每個行業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)品改造中都起著重要作用。

3硬件設(shè)計硬件電路是決定電子秤性能的最重要的部分。原則上，便攜式電子設(shè)備應(yīng)該具有小巧，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低和成本低的特點(diǎn)，并且要選用集成芯片作為整個系統(tǒng)的控制芯片，以此來減少外接電路，減小系統(tǒng)的規(guī)模，方便攜帶。本次設(shè)計我們也采用了這種方式下面是對本次設(shè)計硬件電路的詳細(xì)介紹。3.1稱重傳感器電橋電源從傳感器到橋式電源有兩種類型的電源：直流電源和交流電源。雖然要求反應(yīng)速度很高，但許多電子秤和壓力測量儀等都向橋提供了直流電。可以獲得高度穩(wěn)定的直流電源是直流電橋最大的優(yōu)勢。電橋的輸出信號假如是DC，那么測量傳感器的輸出我們就要選用相關(guān)的測量和記錄軟件。因?yàn)檫@樣才會降低對連接線的要求。電橋平衡電路比較簡單，能滿足設(shè)計需要。不足之處是在信號傳輸時或許會發(fā)生頻率干擾，而且還要選用更加復(fù)雜的放大器。直流電橋最大的特點(diǎn)就是能夠提供極其穩(wěn)定的直流電源，而且電橋的調(diào)整平衡電路比較簡單，對測量電路和傳感器的分布參數(shù)影響比較小，可以隨意采用直流電橋測量。頻率穩(wěn)定性和高電壓是傳感器的橋式電源最大的特點(diǎn)，而且其能輸出足夠的電流。通過分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，電橋的輸出電壓不僅與電阻值的變換成正比，還供電電橋的電壓成正比。電源橋電壓的穩(wěn)定性通常與傳感器的精度等級有關(guān)，當(dāng)然，傳感器的精度會有一定的誤差，這也導(dǎo)致電源橋會產(chǎn)生一定的基本誤差，但其不會超過傳感器誤差的20%。通常，將計量傳感器的供電橋電壓值選擇為傳感器橋路徑的輸入電壓。對于電子秤，假如電壓超過電壓值，傳感器仍能繼續(xù)工作，只是會對其輸出性能產(chǎn)生一定的影響。應(yīng)變計的電阻值，電阻應(yīng)變計的形狀，應(yīng)變計的面積，傳感器的散熱能力，彈性元件材料以及環(huán)境溫度會對電橋電壓產(chǎn)生上升的影響。通常基于該指標(biāo)，在傳感器接通橋式電源后的一定時間段內(nèi)已達(dá)到熱平衡。一些應(yīng)變儀規(guī)定溫度不超過規(guī)定值。根據(jù)應(yīng)變儀的功耗和功率密度計算出的供電橋電壓值如下。式中——應(yīng)變片的電阻值（單位為歐姆，取R=120Ω）；——應(yīng)變片箔柵上的功率密度（瓦/平方毫米）；——應(yīng)變片箔柵面積（平方毫米）。上式中、和可查詢傳感器給的性能指標(biāo)進(jìn)行計算。U=2（R*P'*F）1/2\#"0"3.2電子秤的調(diào)零電路電子秤的調(diào)零電路是通過調(diào)節(jié)傳感器輸出信號來調(diào)節(jié)電子秤本身重量和補(bǔ)償傳感器的電路。通常，由多匝線圈式電位計，高度穩(wěn)定的電阻器和DC穩(wěn)定源組成的電橋電路稱為調(diào)零電橋。改變電橋中的可變電位器來改變電橋路徑的不平衡輸出電壓和傳感器的初始輸出電壓，通過其特性，將電子秤初始的總輸出電壓調(diào)整為0。下圖3.1為本次設(shè)計的電子秤的調(diào)零電路，該電路結(jié)構(gòu)簡單，不需要獨(dú)立的電源。圖3.1調(diào)零電橋電路3.3數(shù)據(jù)采集與處理3.3.1.放大器傳感器的信號比較弱，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，需要對傳感器輸出的信號進(jìn)行放大，所以要在系統(tǒng)中采用放大器，在本次設(shè)計中，選擇ina101放大器，這是專用于測量的簡單放大器被創(chuàng)建并具有較高的準(zhǔn)確性。ina101是一種高精度單片放大器，主要用于弱信號放大和通用數(shù)據(jù)收集。該元件的溫度漂移很小，而且其輸入阻抗高值，非線性誤差在0.001％到0.002％之間，共模抑制比最大為110db（在50Hz時為106db）。芯片的引腳設(shè)計很簡便，可用在應(yīng)變傳感器測量的電路中用來放大信號，熱電偶傳感器的電路中放大信號，弱信號檢測系統(tǒng)的信號放大電路中。其基本連接如圖3.2所示。圖3.2INA101的基本接法3.3.2A/D轉(zhuǎn)換器對于我們本次的設(shè)計，要選擇誤差在0.03%以下的A/D轉(zhuǎn)換器，日常生活中我們常用的A/D轉(zhuǎn)換器一般分為兩種，分別為12位A/D轉(zhuǎn)換器和14位A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)過我們綜合考慮，由于系統(tǒng)其他模塊帶來的干擾，12位A/D轉(zhuǎn)換器不能滿足我們需求的精度，所以我們選用14位A/D轉(zhuǎn)換器。因?yàn)殡娮映酉到y(tǒng)不要求數(shù)模轉(zhuǎn)換器有快速的轉(zhuǎn)化速度，并且14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的精度等級滿足我們本次設(shè)計的需要。最后，經(jīng)過綜合考慮，由于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有精確的差分輸入和較強(qiáng)的抗干擾能力并且其性價比特別的高，所以我們決定用ICL7135雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器作為我們本次設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換器。3.4鍵盤/開關(guān)輸入電路電子秤如果想要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，那么鍵盤輸入模塊必不可少。我們要通過編寫程序?qū)︽I盤進(jìn)行掃描，當(dāng)有按鍵按下時，微處理器對鍵盤輸入進(jìn)行識別判斷，最后選擇鍵盤輸入對應(yīng)的相應(yīng)程序，控制對應(yīng)的模塊運(yùn)行消除按鍵抖動，從而實(shí)現(xiàn)電子秤的不同功能。為了滿足本次設(shè)計的需求，相應(yīng)的鍵盤輸入電路是必需的，為此我們研究了對應(yīng)的鍵盤電路，該電路由16個鍵（4x4個矩陣鍵）組成。16個按鍵的功能分別為數(shù)字鍵0-9，十進(jìn)制鍵和5個功能鍵（復(fù)位，清除，去皮，保持，校正）。電子秤鍵盤操作的具體流程如下：（1）稱重。把需要稱量的貨物放在秤臺上，等待電子秤穩(wěn)定后，將其稱重，然后按“保持”鍵保存；取下稱量過的物品之后，將顯示凈重值。并自動保持在屏幕上（一旦保持了重量，只需按“剝離”按鈕即可返回到正常稱量狀態(tài)）。如果稱重前顯示的值不是0.000，則按“剝離”鍵將其設(shè)置為0.000。如果將稱量的物品裝載到秤上，請首先將秤放在秤上，然后按“Peel”按鈕以顯示0.000，然后將稱重的物品放入秤中并稱重。如果在顯示的單價狀態(tài)下按“輸入”鍵，然后按“剝離”鍵，則可以進(jìn)入正常稱量狀態(tài)，然后按“剝離”鍵代替顯示的單價狀態(tài)。如果重量顯示超出最大重量值10kg，將發(fā)出警報。（2）單價輸入并清除。取出無品，按鍵設(shè)置物品的單價，屏幕會顯示出總價格，如果想清楚已經(jīng)設(shè)置好的單價，按清除按鈕，清除單價。（3）顯示的數(shù)量。在建立單價之后，我按下“輸入”按鈕，并且根據(jù)這個時間，顯示的金額為“e”，這超出了建筑物的范圍。您也可以通過按“Peel”按鈕進(jìn)行稱重。（4）正確。按下“校正”按鈕以執(zhí)行非線性校正。3.5LCD顯示器LCD顯示是將電子秤稱完的重量顯示在屏幕上，我們將物品的重量設(shè)置為WE將物品的單價設(shè)置成PR，將物品的總價格設(shè)置為MONEY，這樣，在LCD顯示器上我們就能清新的看到物品的重量和價格。LCD顯示器連接方式如圖3.3所示。圖3.3液晶顯示模塊EA-D20040AR與單片機(jī)8051的接口同時，為了防止LCD顯示屏亮度過暗，我們還設(shè)計了一個亮度調(diào)節(jié)電路，來保證LCD顯示屏的亮度，下圖3.4為本次設(shè)計的亮度調(diào)節(jié)電路圖3.4亮度調(diào)節(jié)電路3.6報警電路為了防止電子秤由于超重造成損壞，我們設(shè)計了一個報警電路，當(dāng)電子秤上沒有物品或者物品超過10Kg時，系統(tǒng)會控制蜂鳴器進(jìn)行報警，來提醒用戶，以防損壞電子秤，下圖是本次設(shè)計的報警電路，通過控制蜂鳴器經(jīng)過的電流來讓蜂鳴器工作。圖3.5報警電路3.7proteus仿真根據(jù)硬件設(shè)計，電子秤的電路仿真如圖所示，實(shí)現(xiàn)仿真的操作流程如下：首先在Keil中編寫主程序和每個模塊的代碼，編輯，導(dǎo)出文件。然后將文件導(dǎo)入到仿真單片機(jī)中，最后仿真調(diào)試稱重顯示，商品價格，低壓超重報警模塊，驗(yàn)證此次設(shè)計。圖3.6仿真電路4軟件設(shè)計軟件設(shè)計主要由主程序和中斷服務(wù)兩大模塊組成，同時設(shè)計了矩陣鍵盤的電路。下表4-1為矩陣按鍵的對應(yīng)功能和鍵位分布表。表3-1矩陣鍵盤說明0～8“除皮”“累加”“清零”“保持”“單價”“總價”8～91011121314154.1主程序主程序流程如圖4.1所示。圖4.1主程序流程圖如圖4.1為該設(shè)計的主流程圖，大致的流程為首先對通電的硬件整體進(jìn)行初始化，包括按鍵，壓力傳感器，4×4矩陣按鍵，蜂鳴器，1602液晶顯示屏進(jìn)行相應(yīng)的初始化，初始化成功之后，然后對寫入到51單片機(jī)中的軟件和復(fù)位電路等等進(jìn)行相應(yīng)的初始化，硬件和軟件的初始化結(jié)束之后。系統(tǒng)的蜂鳴器會發(fā)出聲響提示整體已經(jīng)初始化完畢，然后系統(tǒng)會自動進(jìn)行調(diào)零校準(zhǔn)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，接下來系統(tǒng)會打開中斷，首先讀取AD轉(zhuǎn)換器中的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后等待按鍵的相應(yīng)從而做出對應(yīng)的動作，假如有按鍵輸入，就執(zhí)行程序中當(dāng)前按鍵的相關(guān)動作，假如沒有按鍵輸入，那么就執(zhí)行正常的稱重程序，有物體放下之后顯示其對應(yīng)的質(zhì)量。4.2中斷服務(wù)程序下圖4.2為本次程序設(shè)計的核心，也就是按鍵的進(jìn)行的中斷服務(wù)程序，首先使系統(tǒng)進(jìn)入中斷之后，系統(tǒng)開始實(shí)時的監(jiān)聽4×4鍵盤中的每個按鍵的相關(guān)相應(yīng)。首先先對累加進(jìn)行響應(yīng)，假如檢測到了累加鍵被按下，那么就對當(dāng)前結(jié)果的金額進(jìn)行全部的累加，并且清楚單價的對應(yīng)標(biāo)志位，第二個檢測的就是去皮，對當(dāng)前的質(zhì)量進(jìn)行去除外皮質(zhì)量的操作，下來檢測的是清除鍵，清除鍵會清楚你設(shè)置的單價信息，和其他的錯誤信息。下面就是保持按鍵，功能主要就是保存當(dāng)前的商品和售價信息。小數(shù)點(diǎn)按鍵的作用就是首先將標(biāo)志位dot改成1，就可以輸入小數(shù)點(diǎn)位，最后的常規(guī)數(shù)字鍵0-9，首先先判斷標(biāo)志位是0還是2，假如為0，那么就輸入小數(shù)點(diǎn)前面的字符，假如為2，就輸入小數(shù)點(diǎn)后的字符，用來設(shè)置價格。最后識別的是確認(rèn)鍵，點(diǎn)擊確認(rèn)的話就確認(rèn)當(dāng)前輸入的信息和稱重結(jié)果，假如未點(diǎn)擊確認(rèn)就重新回到中斷入口，檢測當(dāng)前的按鍵信息。這些整體就為中斷服務(wù)程序的相關(guān)流程，也是該設(shè)計中最重要的也是最核心的相關(guān)部分。圖4.2中斷服務(wù)程序流程圖

結(jié)論本文研究與社會需求相適應(yīng)的跨學(xué)科領(lǐng)域，例如傳感器，微處理器和信息分析處理。對整個設(shè)計的項(xiàng)目規(guī)劃，系統(tǒng)的軟件編輯和硬件設(shè)計做了充分的準(zhǔn)備和思考。對于便攜式電子秤所用到的各種電路進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，并成功完成了便攜式電子秤的各種功能并滿足了電子秤體積小，方便攜帶，測量精準(zhǔn)的功能特點(diǎn)。所設(shè)計的電子秤可以應(yīng)用到人們的日常生活和商業(yè)貿(mào)易中，有很大的實(shí)用價值。由于研究時間和個人知識結(jié)構(gòu)的限制，不可避免地會有設(shè)計上的問題，因此未來的學(xué)習(xí)和改進(jìn)是必要的。

參考文獻(xiàn)施漢謙,宋文敏.電子秤技術(shù)[M].北京:中國計量出版社,2019