本文根據(jù)當(dāng)前電子秤的應(yīng)用情況，分析采用單片機和AD574設(shè)計一款簡易電子秤裝置，在分析測量原理的基礎(chǔ)上，選擇了比較簡單的51系列單片機作為主控制系統(tǒng)，根據(jù)測量要求設(shè)計了傳感器電路、AD轉(zhuǎn)換電路、超量程報警電路、顯示電路、按鍵電路等，根據(jù)硬件電路，完成了相應(yīng)的軟件設(shè)計。

1、測量原理

電子秤一般由三部分組成，稱重傳感器、承重系統(tǒng)、傳力復(fù)位系統(tǒng)。在這個基礎(chǔ)上，分成了其他的硬件電路子單元，如單片機最小系統(tǒng)電路、傳感器電路、AD轉(zhuǎn)換電路、超量程報警電路、顯示電路、按鍵電路、存儲電路等。其測量原理是：將物體放置在承重系統(tǒng)的秤臺上時，其重量參數(shù)會通過傳感器，產(chǎn)生壓力-電效應(yīng)，轉(zhuǎn)換為與其重量相對應(yīng)的電信號，然后通過放大電路將電信號放大并經(jīng)過AD處理，最后將信號輸入給單片機處理，經(jīng)單片機處理后，將輸入信息顯示在LCD上。測量的精度一般由稱重傳感器決定。

2、硬件電路設(shè)計

2.1、總體設(shè)計框圖

根據(jù)其測量原理，設(shè)計整體硬件框圖如圖1所示。主要包含壓力傳感器電路模塊、放大電路模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示器模塊、閾值報警模塊、單片機控制系統(tǒng)模塊。

圖1硬件原理框圖

2.2、傳感器電路設(shè)計

設(shè)計采用SP20C-G501電阻應(yīng)變式傳感器，稱重傳感器由組合式S型梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計構(gòu)成，具有過載保護裝置。過程設(shè)計中采用惠斯登電橋進行電壓采集轉(zhuǎn)換，它能抑制溫度變化的影響，抑制干擾能力強，補償方便簡單，因此選用的傳感器精度高、零漂小、工作穩(wěn)定等。傳感器原理圖如圖2所示：

圖2傳感器工作原理圖

其工作原理：用應(yīng)變片測量時，將其粘貼在彈性體上。當(dāng)彈性體受力變形時，應(yīng)變片的敏感柵也隨之變形，其阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式(1)給出：

2.3、AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

AD574是美國AnalogDevice公司生產(chǎn)的12位單片A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器，最大轉(zhuǎn)換時間為25us，轉(zhuǎn)換精度為0.05%，所以適合于高精度的快速轉(zhuǎn)換采樣系統(tǒng)。芯片內(nèi)部包含微處理器借口邏輯(有三態(tài)輸出緩沖器)，故可直接與各種類型的8位或者16位的微處理器連接，而無需附加邏輯接口電路，切能與CMOS及TTL電路兼容。AD574采用28腳雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝。

圖3 AD574芯片及與AT89s52的接線圖

2.4、LCD顯示電路設(shè)計

顯示電路采用LCD顯示。其驅(qū)動方式包括靜態(tài)驅(qū)動、動態(tài)驅(qū)動。本設(shè)計采用動態(tài)驅(qū)動的方式，電路原理圖如圖4所示。

圖4 單片機與LCD接線圖

2.5、報警電路設(shè)計

報警電路采用有源蜂鳴器設(shè)計，只要通電流即可發(fā)聲進行報警，在其兩端并聯(lián)一個反向的二極管，防止誤報警。

圖5 報警電路原理圖

3、程序設(shè)計

根據(jù)硬件原理分析和設(shè)計，軟件同樣分為幾個部分：傳感器信號采集部分、AD轉(zhuǎn)換部分、顯示部分和報警部分，其中數(shù)據(jù)處理部分最為重要，處理過程同樣比較復(fù)雜。必須利用單片機的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖6所示。其主要部分程序代碼如下：

4、結(jié)論

本論文通過對電子秤的稱重原理進行分析，在此基礎(chǔ)上介紹了硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，最后完成了本簡易電子秤裝置的設(shè)計，采用高精度AD轉(zhuǎn)換芯片AD574和實時處理的MCUAT89C52單片機進行處理，精度高，操作簡單，可推廣性強。