基于电阻应变片的电子秤设计

杨崇海

摘要：本文提出的设是以STC89C52RC作为主控制芯片，并运用四片1K的电阻应变片搭建成惠斯通全桥电路构成称重传感器、以及24位A/D转换器芯片HX711、LCD1602液晶显示屏等器件，设计并实现一个简易电子秤，具有称重、计价、去皮等功能。工作原理为，首先电阻应变片产生形变，将砝码质量变化转换为电压的变化，并经过放大，滤波以及A/D转化，最终将电信号送往单片机处理，通过算法得到物体质量，同时该系统还实现了通过触摸按键对电子秤设置单价，并计价与去皮等功能。

关键词：电阻应变片；电子秤；单片机

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0211-01

1 引言

称重是一种从古至今一直受人们关注的技术，涉及到生活的方方面面。称重的不准确，导致了生产不能标准化，制约了生产力的发展。因此人们对于高精度称重装置的研究一直没有停止。随着科技的不断发展，称重装置也从原来传统的模拟式转变成数字式，单参数，动态测量转化为多参数，动态测量。精度和可靠性得到很大的提升，功能也越来越强大，而且体积也越来越小。本文以电阻应变片的形变做为输入量，STC89C52RC为核心设计了一款体积小，精度高，稳定性强的智能电子秤系统。

2 设计方案

该电子简易称通过电阻应变片传感器采集由质量引起的压力变化，并转化为电压信号的变化，并对单片机辅以按键控制，以及LCD1602显示屏显示结果。

3 硬件电路设计

（1）传感器模块：本系统利用全桥电路将电阻应变片设计成惠斯特电路，能够有效的抑制温漂，减少误差，当应变片受力变形时，其电阻值也变化，电桥将输出相应的电信号。（2）A/D转换模块：考虑到系统的稳定性及工序简单性，模数转换部分采用低功耗，高精度，24位A/D转换器HX711。能够做到很高的精度，满足了电子秤的使用。（3）单片机模块：STC89C52RC单片机，具有价格低廉，功能强大的优点，具有8K字节系统可编程Flash存储器，采用此芯片可以控制其他各个模块，是整个系统能够工作的核心所在。（4）显示模块：本设计选用显示数字、字母较好，控制又比较方便的LCD1602液晶显示屏。将所有信息输入都显示在屏幕上面，用户可以直接观察到称重的质量，单价等必备的信息，实现了人机交互。（5）矩阵键盘模块：采用4*4薄膜矩阵键盘来控制电子秤的计价（十个数字键）、累加、去皮功能。矩阵键盘是机械弹性的，断开和闭合并不能瞬间稳定的接通，因此需要通过软件进行消抖，原理就是要给予断开和闭合一定的延时时间，可以在检测到按下的时刻，延时10ms，消除抖动后再检测键盘的电平，如果检测到相同的电平那么说明确实按下了按键。

4 软件设计

软件部分用c语言来实现，首先执行各个功能模块的初始化，初始化包括功能模块内部功能的设置，与主控芯片连接的IO口模式的设置，在做完所有准备工作工作之后系统进入程序死循环，在死循环中主要完成A/D值采集，数据处理和数据显示刷新。

5 功能检查

5.1 实验测量

测试方法：测量简易电子秤上的砝码重量，将砝码从5g～500g依次放入托盘中，观察稳定后LCD显示屏显示的ADC转换数据，记入表格中，并用测试质量减去砝码质量得到误差值，记录误差值的大小，如表1。

5.2 误差分析

造成误差的原因与称重环境的温度，应变片的粘贴，程序中的数据处理有关，因此提出改进，首先从电路方便着手，抑制温漂，使得温度的影响降低。其次从粘贴应变片的工艺出发，减少人为因素造成的影响。还需要对程序进行优化，使得经过系数修正后，电阻应变片的形变量与电压量呈线性关系。

6 结语

称重质量在5～200g时，误差不超过0.5g；在200～500g时，误差不超过1.0g。

从测试结果上分析，该电子秤较精确，能够满足人们的基本生活需要，并且成本较低，稳定性好。本设计以51单片机为核心控制单元，采用电阻应变片称重传感器采集砝码重量变化，并合理地使用了HX711，实现了放大，滤波，A/D转换，最终将所得信号送往单片机进行处理，考虑到称重系统的非线性，采用全桥电路，消除其他方面的影响，使测得数据更加准确。另一方面本设计成功实现了按键设置单价与计价，去皮功能。在实现基本功能的前提下，本系统还实现了称重超量程时报警的功能，设置了安全保障。

參考文献

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