基于单片机控制的电子秤的设计

　　称重量在很久之前就被人们很重视，它是一种计量的手段，在工农业，科研，交通等各个领域中都被广泛地使用，它和人们的生活密切相关，电子秤是衡量的一种方式，衡器是国家规定的器具，它里边和国际的名声，内外的贸易等。都是不可缺少的工具行气的产品技术水平的高低对于整个行业的水平发展以及促进国家经济的影响都有着很重要的作用因此称重的技术都被很多国家非常的重视。

　　1.1.1研究背景

　　在新中国成立的初期。沈阳的德克仪器公司生产出了第一台天平，从此确立了在我国的天平。生产的能力，经历了从机械的毒素到了光电读书，再到电子读数的发展的阶段，大规模的电路。使得我们的电子科技有了很快速的发展，天平的行业也有了电子的时代，从此。有了第一台电子天平，并且以迅速的。速度准确地，迅速地进入了计量称重的领域，这个称重发生了非常大的改变，把繁琐的称重变得比较简单，特别是。在微处理器的产生之后，天平就变得更加的智能了，而且可以去皮，累积数据输出等等。

　　在七十年代末，我国电子天平的研究，早期的产品是对着进口的天平进行模仿制作。在八十年代的初期，上海的天平仪器厂以及沈阳的天平厂，长熟衡器厂，平常等主要的厂家都开始致力于研究电子天平，或者像国外的早期产品进行模仿与制作，但是因为技术比较。不成熟规模的生产能力也不够。随着我国改革开放步伐的加快，在八十年代中期，天平行业。开始向发达国家天平的生产技术靠拢。搞SKD的散件进行组装，累积了比较久的经验，在这个基础上进行改良。他们的产品以及技术将国产化的研究，运用微处理器的技术。制造更先进的技术，将我国的电子天平产业在，普通的领域中跟上了先进的水平，在90年代的初期已经有了一定的规模，在上海天铭厂，沈阳龙腾公司等等厂家都开始批量的生产电子天平，然后向国内的市场开始销售。

　　国外的电子天平的称重的传感器刚开始都是在用电磁力是直接驱动，然后引起单机的-杆又传到了多级杠杆的结构，发展到现在的一体化的结构，在精度上面有了很大的提高。在国内生产的天平传感器，它的结构相对来说比较复杂，部件的连接件都很多，装配比较复杂，导致。若生产的效率很低，并且它的故障率也很高，虽然在电子天平计量性能上和国外的电子天平相对来说比较接近，但是他的技术和制造的设计都是需要进一步改进的。

　　1.1.2研究的意义

　　这课题应用的技术方案方法，算数和技术的参数都可以直接的运用到产品的设计中，却对于传感器输出的稳定性有着直观的指导。这个课题也涉及到了电子秤所应用的软件，硬件也可以作为实验的指导，这个课题的经济。利用的价值在于。可以为中低端的电子秤解决了方案。大家知道，称量的精度越高，它的速度越快。电子秤本身的价格就相对来说非常的高，这个方案就提高了它的自身的价值，所以整个方案的设计过程对于电子产品的开发有着非常重要的意义。

　　2.1.1安放的位置分类

　　1．桌面秤：30kg以下的电子秤

　　2．台秤：30-300kg电子秤

　　3．地磅：300kg以上的电子秤

　　图2.1电子秤分类示意图

　　2.1.2按精确度分类

　　1、特种天平精密度皿万基准衡器

　　2、级高精度天平万三精密度万精密衡器

　　3、级中精度天平三精密度万工业、商业衡器级

　　4、普通秤三精密度粗衡器

　　2.1.3按用途分类

　　1、质量比较仪、分析天平研究机构、制药厂、化学工厂、油漆与染料厂。

　　2、珠宝天平、实验室天平、纺织天平、工业天平食品业、电子业、银楼、制药厂、学校实验室、纺织厂。

　　3、计价秤、计重秤、计数秤市场、各类工厂。

　　4、体重秤、厨房秤、家庭。

　　当我们把物体放在电子秤的秤台上的时候，它的重量就可以通过传感器传递到了沉重的传感器中。传感器谁知产业了，产生了效应，将物体的重量转换为重量成一定函数比例的。电信号，这个信号有放大的电路进行放大，通过滤波后再由A/D器进行转换数字信号，再通过CPU处理，CPU又不断的扫描键盘和各种功能，根据输入盘的内容和开关进行判断分析，再通过控制各种运算运输的角，结果会储存在集体中，需要显示的时候，CPU发出指令，然后发送到显示器上或者打印机中打印，通常的信号放大，滤波A/D转换，以及各种运算处理，都是在仪表中完成的。

　　电子厂主要是通过壳体、主板，传感器及显示屏等元件组成的。它的承载重量功能的传感器是整个电子秤的重要的核心为了选择适合项目的传感器我们需要经营以下几个步骤的考虑：

　　工作的环境对于传感器来说是非常重要的，它关系到传感器是否，正常的工作，也会对传感器的安全和使用的寿命会有所影响。甚至会关系到整个电子秤的安全性，以及准确性。

　　我们可以根据电子秤的用途和称体大概所需要的支撑的点数来定传感器的数量的选择，一般来说，身体的几个支撑点就是选择使用这个传感器，但是对于一些特殊的称体，比如电子吊秤就只能采用一个传感器。所以我们需要根据实际的情况来选择传感器的个数。传感器良辰的选择是按照电子秤最大的称量值。使用传感器的个数称体的自主产生最大片仔的综合评价来确定传感器的量程。一般而言，颤器的量程越接近每个传感的载荷，它的准确度就越高。但是在实际的操作的时候，因为在传感器的载荷上面的物体有可能还会存在着秤体自重，皮重，偏载及振动冲击的载荷的存在。因此我们需要考虑更多的方面来保证传感器的安全。

　　传感器的准确度等级概括了传感器的非线性、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。称重传感器已按准确度等级划分,且已考虑了倍误差因子,非自动衡器称重传感器的准确度等级要选择与电子秤相对应的准确度等级。称重传感器按综合性能分为四个准确度等级,分别对应于衡器四个准确度等级。

　　电子秤中的最重要的组件就是传感器，在市场上，通常的传感器是可以根据工作原理来分为以下几种的电阻：应变式，电容式，压磁式，压电式等，其中最广泛运用是变应变片式和电磁力，使传感器两大类。

　　3.4.1电阻应变片式传感器简介

　　它的原理是把电阻应变计放在了弹性敏感元件上，然后在利用恰当的组合的方式，将一种力量转化为电信号的转换元件。

　　在称重的整个过程中，如图所示，当称盘空载时，应变片的阻值就会相同,。通过桥式电路后输入到放大器的电压为零。当称盘上有负载时,应变片和被拉伸,其阻值增大而应变片和受压,其阻值减小。这样,经过桥式电路后有一微小电压输入到放大器。这一数值经放大,微处

　　理器处理后显示出来,也就是被称物体的最终的重量。

　　3.4.2电磁力式传感器简介

　　它的工作原理是通电导体在磁场中做切割磁力线运动,将产生电磁力洛仑兹力。利用电磁效应,将被称重量的变化变换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电信号。电磁力传感器具有输出信号大、抗干扰性能好、过载能力强、不均匀载荷对测量准确度的影响小等特点,但配件及安装工艺较为复杂。

　　整个称量的过程就如图3.4，通电线圈在磁场中的切割磁力线运动，从而产生较大的电磁力。位置传感器通过插盘上的重物引起的杠杆的位置的变化。它转化为电信号，经过放大器的线圈。产生的电磁力和被称重物体的重力相互平衡，垫线圈上的电流的强度和电阻的电流强度是完全相等的，所以。电阻上的电压之和被称重物体的重量也是有确定的对应关系的采集这个电压信号。模数转换和微处理器的处理都是在显示器上可以被物体的重量所显示的。

　　从上面的两种传感器。技术指标都可以满足设计的。具体的需求，其中电磁力传感器的技术相对是比较下来比较先进，称量的精确度也比较高，她和外面环境的湿度变化的影响相对于比较小。但是它的市场价格就比较高，结构非常的复杂，组装的工艺要求非常高，这是和精度高的高端天平。电阻应变式的传感器，它的结构就比较简单，价格也便宜，非常容易组装，耐用性也很好比较适合于项目的要求，根据设计的要求来考虑性价比的问题，最终采用了电阻应变片式的传感器。为了可以准确的掌握传感器的各方面的主要的性能，接下来我们可以为程序的设计做好基础。在论文写作的期间要参与应变片式传感器的选型工作，这过程主要包括对于原理的学习，传感度的传感器的参数比较，以及主要参数的重复性测试工作。

　　在传感器定型之后，我们可以把传感器和主板电源以及显示器相互连接，组成一个最为基本的称重的单位。在这个时候的电子秤已经有了一个很基本的外观。现在我们需要将这个电子秤应用起来，使得它的用途越来越广。我们需要考虑电子秤的应用程序开发的工作，只有完成了这个工作，才可以根据所得到的结果来进行判断是否和项目的设计的要求相互一致，然后根据这些数据进行适当的调整。电子秤的设计是为了方便用户进行操作的应用程序进行开发。换句话就是设计用户的操作的界面，可以让用户在电子秤上可以屏幕上显示物体的重量，然后结合菜单的功能进行设置。

　　我们需要将操作简单化、更明了，让用户更方便懂，我们根据设计的需要以及上面菜单的具体的选项进行分析，将功能定义成以下几个基本的模块，并且将这些模块进行设计，其中加粗的字体代表着。本人参与开发的模块，基本代表这些用户菜单的基本选项，可选代表，内置的功能还需要和外接的设备进行相互结合，才能够完成。

　　A/D采样处理程序模块包括滤波,换算等；液晶显示程序模块液晶驱动及显示控制基本；按键处理程序模块基本；串口通讯程序模块可选；打印驱动程序模块自动和手动可选；校准程序模块零点校准及线形校准

　　零件数量的统计，对于很多工厂来说是一个非常渴可见的工作，普通的零件统计是一个比较容易的事情，如果零件很少，数量比较大，那么它的消费的耗费的时间和人力都是比较多的，但是一旦统计的零件数量和实际有所偏差，就会影响到库存，采购付款等各个环节。这样就会减少这个麻烦中利用电子秤的功能来解决电子秤的这个功能。接近于零件的个数。所以首先称重的零件需要有样本数量，从结果上可以得出单个零件的重量，然后把它放在天平的零件的数量在电子秤上的操作如下:

　　1在天平上放上空的容器

　　2天平上去皮丁

　　3将参考样品数量添加到容器中在本例中件

　　4更改参考样品数量

　　5选择参考样品等,至重复短暂按按并保持

　　6确认选择的参考样品数量,启动应用程序。当前参考重量保持存储状态,直到设置新的参考值,或者断电。

　　7添加期望的零件数目。

　　8如果需要,可以打印数量

　　9显示屏在平均单件重量、重量、数量之间切换

　　10将物品从天平上取下。

　　11如果需要,重复进行,从第步开始。

　　12重复参考值

　　在传感器的选型和应用程序开发全部完成以后，接下来我们就需要将这些程序进行汇编，转换成为二进制代码然后写进主板的芯片，然后开始下一步功能的测试工作。需要做以下的工作结合现在有的天平操作手册结合特点进行编辑，撰写和天平相互适合的操作手册，主要包括主机的工作范围需要温度、湿度、工作环境等、将程序放入主芯片之后，结合操作手册上的功能进行相互比较。这样也测试了功能又取得了相关的数据写入的工具。连接的方式为线连接。传输平台选用了编程器作为读写工具。电脑环境为简体中文版。

　　我们可以图片和文字说明的方式进行简单的介绍

　　（1）首先安装调试适配器的驱动,并将传输平台软件安装至电脑。

　　（2）将电脑、调试适配器、电子秤相互连接起来。然后我们就可以接通电子秤的电源。如图所示,此时电子天平己经接通电源,但由于主板未写入任何数据,故按天平开关键时显示屏并无显示。

　　本章节主要解决的传感器自身的问题和外界的因素所导致的电子城不稳定性。项目在进行的第一步阶段时候起来设计工作已经接近尾声。线路板显示器电池电路的测试最终仍然在继续接下来的传感器补偿程序工作。

　　上面的这个图就是电子秤实际的测量曲线和理想型的曲线的对比，从上面的图我们就可以看出，理想型的直线与实际的曲线有很大的差别，这些差别就是因为传感器的误差的原因，主要造成这些偏差的原因如下一，固定的偏移值。二，测量曲线的斜率和理想线的斜率的差值。三险是指的最大偏差极限性的误差。四，这些误差都有可能来源于温度的漂移舞，在同样的环境下，重复的测量会有结果的差异。具体来说，传感器有常见的技术参数，比如湿度，重复性，滞后性，如便的在传感器定。异形实验室中需要多次的测试通过。大量的查阅实验的记录，我们可以知道这些传感器在哪些参数，在什么具体的湿度和温度下存在着问题。对此对于传感器的影响有很大的特性划分出来，通过软件和硬件相互结合的方式来寻找比较稳定的方法，这些方法包括四个方面第一，传感器的温度补偿。第二，传感器蠕变的调整第三，四角误差的解决，第四，非线性误差的补偿。

　　由于不同的电阻应变片式的传感器在相同的电价下，它的灵敏度是不同的，在相同的温度下，相同的载荷下，传感器的输出的电压是不同的。由于不同的传感器的温度特性不同，温度变化时的传染器的灵敏度的变化也是不同的，在不同环境下的。相同的物种读出来的，读书也是有变化的，这种情况下对于这个项目涉及到的电子秤的表现是非常的明显。

　　第一零点漂移问题

　　相对于零点漂移的问题，我们是需要老驴进行对零点漂移和灵敏度的补偿，系数是有关的，而且在一样的温度下加载相同的采用的数之和，没有加载的数值的差别，可以抵消用于零点漂移所带来补偿的差异。通过这个方法和原来的方法相互比较，新的方法就对于解决项目的第二电子秤的温度的补偿问题。

　　在解决所有的温度补偿技术常见的方法之一，也就是零位补偿技术，所谓的零位补偿也就是说在采集了具体的数据进行减掉对应的数值，得到的数值就是对真正的有效的信号，通过试验的对比，对于零位的补偿的技术采用新的温度补偿的方法就可以更加的有效率的解决一系列的问题，并且适合应变式的传感器。

　　第三初始温度补偿的算法的不足

　　我们可以通过对。测试时的温度进行验证，在刚开始温度补偿的算法是可以在不同的温度下的状态，对称重传感器采用的数据进行补偿。消除温度对于传感器信号的作用，但是当天平零点有很大的飘雨的情况下，温度补偿的系数就会失效，可能造成的影响就是得出的数据和实际的数据有很大的偏差，通过这种现象的具体的分析。我们可以发现初始的温度。在设计上有一些不足，这个算法对于敏感度的补偿和。零点的漂移，商户同时进行的，这就忽略了对敏感度的影响。

　　小型的电子秤主要广泛的运用于市场、实验室、野外进行考察的使用设备。这些地方信号相对于比较复杂、辐射也很大，而且比较难固定。这就会导致仪器不可能采用接地抗干扰措施。因此,抗干扰设计是仪器设计的重要内容。本文所涉及的抗干扰设计从方面下手：硬件及软件。

　　8.1.1硬件抗干扰设计简介

　　新型的电子秤不能接地，电场的屏蔽相对于来说很困难，也会受到现场的制约，仪器不可以增加太多的硬件屏蔽。所以，仪器是外壳表面上涂一层金属膜对外部的电磁进行屏蔽。

　　8.1.2软件抗干扰设计简介

　　在软件的方面我们本篇文章采用了数字滤波的方法。数字的滤波技术就是在软件中将采集的各个数据进行消除存在的干扰进行处理。一般而言，除了对于硬件中的信号进行抗干扰的措施以外，还需要在软件中使用数字滤波的处理，然后对于数据的各式各样的干扰，将采取的数据可以真实的反映出实际情况。我们需要介绍一下关于电子秤软件中的数据滤波的技术，然后基本上可以满足相关数据的需要。

　　8.1.3数字滤波技术简介

　　目前为止，我们比较流行的方式就是平均值法、中值法、滑动滤波法等。这个产品的主要应用和市场等环境，我们不但不需要考虑实验室的稳定和变化，不会考虑市场上发生的偶发的、突发的相互干扰的情况。我们可以采用了数字平均法和中值滤波法相互结合的方法。

　　我们可以考虑采用实时值采集的办法来确保称量过程中快速、准确的显示称量重量。在这个系统中会自动的把电路的取值，通过中值滤波及数字平均值滤波，以及防线性、蠕变。可以大大地增加这个数值的稳定性和准确性。以至于的可以缩短稳定显示的时间。

　　因为电子秤携带起来比较方便，减少的功耗设计是至关重要的。这时候我们需要采用软硬相互结合的方法，低于电子秤的能量的消耗可以保证在工作过程中有尽可能多的时间，这样的方法包括：自动待机的功能、大量地采用低功耗的芯片、在屏幕待机的状态下自动休眠会使用大功率的电池，比如节号电池可以持续性的使用40小时以上。

　　纵观全文，我们努力了很久的时间，这个项目的设计的目标已经基本性的完成了，基本上的表现形式在以下方面根据整体的仪器确定传感器以及其他部件的选型工作完成了几种待传器的测试及定型工作完成了预期的底层功能软件的设计工作，并为以后拓展功能预留接口为解决传感器各类存在的误差进行大量的实验，通过硬件和软件进行调整解决各种误差以及数值输出的影响开始做大量的实验，通过软硬件的调整解决误差的问题使用电子秤可以快速、稳定的显示出具体的读数，然后采用硬件和软件相互结合的方法，提高整个积极的过程中，在各个环境中干扰的能力，在环境中进行整体产品的测试，并且根据问题然后进行必要的修改，以及调整电子秤的功能的选项，编写了这个系列的电子秤的整个工艺的流程以及生产线用户的说明书积累的。经验以及项目的开发的经验，对于新产品的开发。和本题的选题的依据是某个型号的电子秤国产化开发基层应用的程序，这个项目进行过程中，电子秤的传感器的选项以及竖直都做出了大量的工作，为这类的产品积累了丰富的经验。

　　这课题在整个的研究过程中，针对单传感器在不同种情况下的数值的偏差的问题进行分析以及归纳，对于不同的问题，会给出不同的软件或者软件，硬件相互结合的。解决的途径，如果根据，新的温度补偿。来对不同的温度的数值进行补偿，采用的点法或者点法对成人期新鲜问题进行补偿，这些数字的话得采用都减少了对环境以及物理特性本身的。影响通过这个系列的电子秤进行整体机械的测试，这个程序具有可靠性，应用性。反应的速度和精度，电子秤对于不同环境的抗干扰的能力，数值的稳定都达到了要求，现场测试来看。本次测试实现了设计刚开始的所有的功能，结果非常满意，这些电子秤外观，十分的大方，性能也比较稳定，安装起来也比较方便，价格比较适中，这是一款比较有竞争力的产品，在市场上。能够。有一定的地位，这为以后的工作的方向提供了基础，根据用户的反馈，可以知道完善一个电子秤的积层应用的程序的功能，在硬件和软件上继续探索，找到快速稳定的输出。这位。深化的国产化工作打下了基础。

　　基本完成,表现在如下几个方面根据整机仪器的市场定位需求确定了传感器及其他部件的选型工作完成了几种待选传感器的测试及定型工作完成了预期的底层功能软件功能设计开发工作,并为以后扩展功能预留接口为解决传感器各类主要误差问题进行了大量的实验,并通过软硬件调整基本解决了各类误差对称量过程以及数值输出的影响采用软硬件结合的办法,使电子秤能够快速稳定的显示读数采用软硬件结合的方法,提高了整机在各种环境的抗干扰能力在各种环境下进行了整机产品测试,并根据问题情况进行了必要的修改和调整根据该电子秤的实际菜单功能选项,编写了该系列电子秤的工艺流程卡生产线及用户说明书积累的丰富的开发经验和项目经验,为以后新产品的开发积累的经验本课题的选题依据是为某型号电子秤国产化开发底层应用程序,在项目进行过程中对电子秤的传感器的选型以及数值输出修正等方面做了大量的工作。为这类产品今后的国产化工作积累了丰富的经验。

　　这几个月的辛勤工作可以说算是没有白费。这一次，我的论文的成功完成，在某种程度上，我要感谢我的导师，无论是论文的主题还是专业的数据收集，老师都在很大程度上给与了我很大的帮助。每次我写论文时，都会遇到我无法解决的问题。无论是简单还是复杂的问题，他总是热切地为我解释这些知识。但同时，我还要感谢在前线与我共同努力奋斗的同学们。每当我看到他们不断修改和更改论文时，我都会有信心。

　　对于即将走上社区的毕业生来说，这篇论文不仅会提高我的专业知识，还会锻炼我的逻辑思维能力。我会把我在大学几年里所学到的知识和理论运用到我的工作中，使学习的理论知识有更深刻的价值。

　　通过此次设计，我对许多专业知识有了更加深刻的理解，相信这些对自己未来的工作也会有很大的帮助。尽管我没有做过任何类似的事情，但是整个写作过程的很大一部分都是通过绘图软件进行的，也使我在电路设计过程中，不仅从理论上对内容进行了深入的研究，特别是在设计过程中，尤其是在调试程序中，电路的重叠，参数的计算和电子元件的选择非常具有挑战性。在计算过程中，不仅要计算一些计算方法，程序的设计思路，更重要的是将实践过程融入到设计中。在编写程序的过程中，编码和调制过程仍然存在一些困难，这是非常具有挑战性的，需要更多的时间。

　　[1]张志.中国电子天平行业的现状与发展衡器2008.4

　　[2]杨青锋.我国衡器工业技术的现状和展望仪器仪表2008.3

　　[3]张强.浅析我国电子衡器的发展趋势计量天地，2008.7

　　[4]Mettler Toledo The Electronic Assort METTLER TOL EDO AG

　　[5]黄继昌，传感器工作原理及应用实例，人民邮电出版社，1998

　　[6}刘九卿谈称重传感器技术动向、发展趋势和产业方向衡器2005.6

　　[7)赵本义电子天平的检定，计量技术，2002.1

　　[8]Dr.Udo Wedeken Fundamentals of Sensor Technology Sartorius AG 2004.2

　　[9]Masafumi Sakuyama Basic Characteristics of a Space Charge Balance Sensor using a MOSFET

　　[10]Michel Cotsaftis Stanislas Konieczka Dynamical and thermal modeling of creep and relaxation for frrra and tuoinht concenre 2003.12

　　[11]宋文绪杨帆传感器与检测技术高等教育出版社2004.1

　　[12]樊尚春传感器技术及应用北京航空航天大学出版社2004.8

　　[13]陈川贵，贺碧会，余建军，李金，称重电子秤系统的研究与分析，压电与声光2008.5

　　[14]丛佩人浅谈电子种的误差来源与解决方法，计量与测试技术2008.6

　　[15]Herbert Wosnitza ABRO-Weighing.Primer Sensor Sartorius AG 2005.3

　　[16]张志通电阻应变传感器的补偿技术北华航天工业学院学报2009.2

　　[17]杨发武电子天平使用中应注意零点自动跟踪问题，衡器，2003.6

　　[18]林浩顺电阻应变式称重传感器蠕变补偿研究仪表技术2005.6

　　[19]Matthias Eager The Sensor Position error cofficient thermal Sartorius AG 2002.5

　　[20]刘强薛靓电子天平原理及四角误差和线性误差的调修中国测试技术2007.11