电子秤是采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置,能满足并解决现实生活中提出的“快速、准确、连续、自动”称量要求,使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。电子秤具有数字显示直观、减小人为误差、准确度高、分辨率强、体积小、反应快,效率高等特点。
工作原理
当被测物体放在秤盘上时,压力施给传感器,该传感器发生形变,从而使阻抗发生变化,同时使用激励电压发生变化,输出一个变化的模拟信号。该信号首先经由OP07构成的初级放大电路进行精确放大,再由TL064构成的次级放大电路进一步放大,最后输出到双积分A/D转换电路,通过对双积分A/D转换器充放电时间的控制,转换成便于处理的数字信号并输出到单片机进行运算,单片机将运算结果输出到显示器并显示测量结果。测量过程中能达到动态显示的效果。如果测量值与实际值存在偏差,可通过重量调整键进行校正。
硬件设计
测重部分电路设计测重部分电路原理图如上图所示。
各部分的功用:(1 )OP07精密运算放大器,如上图所示。
OP07芯片引脚1和8为偏置平衡(调零端),2为反向输入端,3为正向输入端,4为接地,5为空脚,6为输出,7脚接电源正极。
OP07高精度运算放大器具有极低的输入失调电压,极低的失调电压温漂,非常低的输入噪声电压及长期稳定等特点。可广泛应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱信号的精确放大,尤其适应于宇航、军工及要求微型化、高可靠的精密仪器仪表中。
在此电路中,由于传感器输出信号非常微弱,所以选用OP07进行初级放大可保证信号的准确性。
(2 )TL064通用运算放大器:如上图所示。
TL064为四路低功耗高速JFET输入通用运算放大器,该器件具有高转换率,低输入偏置、低失调电流和低失调电压等特性。
(3 )CD4052数字控制模拟开关,如上图所示。
CD4052引脚9、10为地址端:6为禁止端;7为模拟信号接地端;8为数字信号接地端;16为电源正极。
CD4052是一个双4选一的多路模拟选择开关。正常工作时INH输入端须接地,两位二进制输入信号A、B选通四对通道中的某一通道,可连接该输入至输出。当INH输入端为“1”时,所有通道截止。
本电路利用单片机的定时器、运算放大器TL064和对多路模拟选择开关CD4052的通道控制实现双积分A/D转换,将传感器输出的模拟信号转变为数字信号由单片机进行处理。
(4)其它部分:J1端子用于连接压力传感器。三极管BG1输出连接至单片机,用于判断A/D转换结果。
控制部分电路设计控制部分电路原理图如上图所示。
各部分的功用:(1 )AT89C2051单片机如上图所示。
AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机,只有20引脚。片内含有2K字节可反复擦写的只读程序存储器和128字节的随机数据存储器,兼容标准MCS-51指令系统,内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。
该系统中AT89C2051作为总控芯片,主要具有对测量结果进行运算处理、控制显示及保证系统正常工作等功能。
芯片主要引脚功能如下,P1.2、P1.3、P1.4、P1,5:用于实现单片机和看门狗芯片的相互通信。P3.0、P3.1:控制CD4052多路模拟选择开关通道的转换。P3.2:A/D转换结束标志位。P3.4、P3.5:外接重量调整键。受使用时间,温度等因素的影响,发生测量误差时,可通过重量调整键校正。按键S1用于增加重量值,按键S2用于减少重量值。
(2 )X5045看门狗定时器如上图所示。
X5045引脚1为电路选择端,低电平有效;2为串行数据输出端;3为写保护输入端,低电平有效:4为接地端;5为串行数据输入端;6为串行时钟输入端;7为复位输出端:8为电源端。
该器件具有上电复位控制、看门狗定时器、电源电压管理和块保护功能的串行EEPROM四种常用功能。看门狗定时器对微控制器提供了一个独立的保护机制。当系统故障时,在超过设定时间之后,器件将激活复位信号。因此,在设定时间以内微处理器必须在WDI引脚上产生一个由高到低的电平变化。另外当电源电压降到转换点以下时将产生一个复位脉冲,此脉冲一直持续到电源电压稳定为止。
软件设计
程序设计采用模块化编程方法。软件由主程序、子程序和中断服务程序组成。主程序包括系统的初始化、看门狗定时器通信和子程序调用;中断服务程序为定时器中断,用于实现双积分A/D转换;子程序包括测量物体重量、按键检测与处理和显示控制等。程序流程图如图8所示。
结论
现代化社会任何行业都需要计量,由于电子秤具有数字显示直观、准确度高、效率高等特点。所以在餐饮、商场、超市等服务行业必将得到广泛应用。
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