数字电子秤设计文献综述

1论文题目数字电子秤设计一．前言部分数显电子秤是现今生活中常用的电子称重衡量器，在各大超市、大中型商场、物流配送中心都可以见到。数显电子秤在结构和原理上取代了传统的机械称量衡器。与传统的机械式称量器相比较，数显电子秤具有精度高，应用范围广，易于操作使用等优点，在工作原理、结构和材料上都是全新的衡量器[1]。数显电子秤的设计是通过压力传感器采集到被测物体的确切重量并将其转换成相应的电压信号。输出的电压信号通常会很小，需要相应的放大电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成相应的数字信号量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，就可以显示出被测物体的确切重量。现在市场上使用的称量工具，有些是结构复杂，有些是运行不可靠，成本高，精度稳定性也不好，调正的时间长，易损件多，维修困难，能量消耗大。现在市场上电子秤产品整体水平不高，部分小型企业的产品质量差且技术力量薄弱，缺乏产品的开发能力，电子秤产品质量处于低水平层次[2]。所以，有针对性的开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。从20世纪70年代开始，在世界范围内掀起了一股“电子秤热”，各先进工业国都很重视传感技术和电子秤的研究、开发和生产[3]。传感技术已经成为重要的现代科技领域，电子秤及其系统生产已经成为了重要的新兴行业。我国生产的电子秤产品主要是属于静态衡器电子秤，在计量要求、功能和外形上已经达到了国外同类产品的先进水平，而且在价格上又低于国外的同类产品，具有较好的出口潜力；但动态衡器电子秤，与国外的同类产品还有一定的差距，尤其是在动态2稳定性上存在较大的距离，我国进口的电子秤大多数就是这类产品。我国的电子衡量器要想打入国际市场，参与国际竞争。这就要求企业必须以技术为先导、以质量为中心、以管理为基础，努力提高制造技术与制造工艺水平，稳定产品的质量，增强国际市场竞争力[4]。目前，台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍，似存在较大的局限性：体积大、成本高、需要工领交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。现有的便携秤为杆秤或以弹簧、拉伸变形来实现计量的弹簧秆，居民用户使用的基本是本杆秤。弹簧盘杆制造工艺要求较高，弹簧的疲劳问题无法彻底解决，一旦超过弹簧弹性限度，弹簧秤就会产生很大误差，以至损坏、影响到称重的准确性和可靠性，只是一种暂时的代用品．也被列入逐渐取消的行列。二、主题部分电子衡器一般是指装有电子装置的计量衡器。因为种类繁多，而且会涉及到交易结算和广大消费者的利益，所以被世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为国家强制管理的法制计量器具[5]。电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要工具，对贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究等都起到了重要作用。电子衡器具有测量范围广、反应速度快、使用操作方便、便于计算机控制等一些特点。被广泛应用于石油、化工、电力、冶金、交通运输、建筑、机械制造和国防等各个领域[6]。1.国内外研究现状50年代电子技术的出现推动了衡器制造业的发展。60年代出现机电结合式电子衡器以来，经过了30多年的不断改进与完善，我国电子衡器发展迅速，电子衡器整体水平基本上达到了国际90年代中期的水平。计量方法从模拟测试向数字测试发展；电子称重技术从静态称重向动态称重发展；测量特点从单参数测3量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的方向的研究与应用。但总体上来说，我国电子衡器产品的数量和质量与发达国家相比较还是有较大差距的，其主要差距体现在技术与工艺上还不够先进、开发能力不足、功能不完全、稳定性和可靠性较差等[7]。2.国内外发展趋势通过分析近年来电子衡器产品的发展状况以及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、集成化、模块化、智能化；其技术性能趋势是准确度高、可靠性高、稳定性高；其应用性能趋向于综合性和组合性[8]。（1）小型化装载体积小、重量轻、高度低。近几年新研制的电子秤结构充分体现了小型化发展方向。对于低量程的电子平台秤，可采用将薄型的圆形传感器，直接嵌入钢板底面与称重传感器外径相同的盲孔内，形成低外形的秤体结构，钢板就是秤体的台面，称重传感器既是传感原件，又是承力的支点，这就极大地减化了秤体结构，减少了活动连接等环节，不但降低了成本，而且提高了稳定性和可靠性。对于中等量程的电子平台秤，已经出现了采用方形闭合截面的薄壁型钢板，并焊接成一个整体的竹排式结构秤体，4个称重传感器分别安装在最外边两根薄壁型钢板两端的切口内，这样既减化了承力传力机构，又节省了秤体高度，这是一种很有发展前途的秤体结构。对于大型电子平台秤，可利用有限单元进行等强度和刚度计算，采用抗弯度大的型材和轻型波纹夹心钢板等[9]。(2)集成化对于某些品种和结构的电子衡器，例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态电子轮轴秤、静动态电的子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨4与称重传感器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。(3)模块化对于大型或超大型的承载器结构，如大型静动态电子汽车衡等，已开始采用几种长度的标准结构的模块，经过分体组合，而产生新的品种和规格。这种模块化分体式秤体结构，不仅提高了产品的通用性、可靠性和互换性，而且也提高了生产效率和产品的质量。同时还降低了成本，增强了企业的市场竞争能力。（4）智能化电子称量系统的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称重显示控制器的功能。使电子衡器在原有功能的基础上，增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能，这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的电子衡器与采用智能化称重显示控制器的电子称量系统的根本区别。（5）综合性电子称量技术的发展规律就是不断的加强基础研究并扩大应用，扩展新技术领域，向相邻学科和行业渗透，综合各种技术去解决称重计量、自动控制、信息处理等问题。（6）组合性在工业称重计量过程或工艺流程中，不少称重计量系统还要求具有可组合性，即测量范围等可以任意设定；硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整，硬件功能向软件方向发展；软件能按一定的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令可以使用不同的语言和条形码，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。我国电子秤的研究主要集中在专业研究所和大学，始于20世纪70年代，与5国外先进技术相比。我们有比较大的差距。因此，必须加强技术研究和引进先进设备，以提高整体水平。3、电子秤的基本结构电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量的测量仪器，也可以来确定与质量相关的其它量的大小。电子秤一般由以下三个部分组成：（1）秤体部分这部分含有承载器、减振机构和秤桥结构等。（2）称重传感器部分传感器就是把采集到的非电量转换成电量的转换元件。按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器和应变传感器。对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系，对被称物体的状态的影响要小，有较高的灵敏度，能在较差的工作条件下工作，稳定可靠。（3）测量显示和数据输出地载荷测量装置部分即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、调节器、补偿元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置。4、电子秤的工作原理当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力-电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系的电信号。此信号由放大电路进行放大、经滤波后，再由模/数转换器进行转换，数字信号再送到CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输6入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读取送到显示器显示。一般信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。[10]5、电子秤的计量性能电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、精确度等级等。（1）量程：电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。（2）分度值：电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值。（3）准确的等级：国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的范围，如表1-1所示：表1-1电子秤等级分类标志及等级电子秤种类分度数范围特种准确度基准衡器n100000高准确度精密衡器10000n100000中准确度商业衡器1000n10000普通准确度粗衡器100n10006、控制单片机的选型选择单片机型号的出发点有以下几个方面：1、市场货源系统设计者只能在市场上能够提供的单片机中选择，特别是作为产品大批量生产的应用系统，所选的单片机型号必须有稳定、充足的货源。2、单片机性能应根据系统的功能要求和各种单片机的性能，选择最容易实现系统技术指标7的型号，而且能达到较高的性能价格比。单片机性能包括片内硬件资源、运行速度、可靠性、指令系统功能、体积和封装形式等方面。影响性能价格比的因素除单片机的性能价格外，还包括硬件和软件设计的容易程度、相应的工作量大小，以及开发工具的性能价格比。3、研制周期在研制任务重、时间紧的情况下，还要考虑所选的单片机型号是否熟悉，是否能马上着手进行系统的设计。与研制周期有关的另一个重要因素是开发工具，性能优良的开发工具能加快系统地研制进程。在诸多单片机中，AT89S52单片机与其他单片机相比具有以下优势：1、功能比标准51强那么一点点，多128BRAM，多一个定时器、多512BEEPROM，内置8KROM足够容纳一般程序；2、容易买到；3、资料众多，编程与51兼容，最适合学生或者初学者使用；4、支持ISP下载，使用很方便；5、FLASHROM可下载10000次以上；6、可靠性不错。相应其缺点为：1、性能低，现在新型51单片机比AT89S52强。2、性价比不高，这样的功能，6-8块的价格不算便宜，STC单片机功能一样，价格只有它的一半；3、封装是DIP40，太大了，不利于工业生产。综上考虑，我选取了AT89S52单片机作为本次设计的主控芯片。三、总结部分电子秤是能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作提供必要的相关信息[11]。随着人类探知领域和空间的拓展，电8子信息种类日益繁多，信息传递速度加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，电子秤也将无所不在[12]。今后几年电子秤的发展动向是:在结构上，向小型化，便携式。模块化、组合化、嵌入式的方向发展；外观更加美观，向人性化、个性化设计方向发展[13]。那种简易型、价格适中、交直流两用的电子秤将是市场销售的主流。在性能上，向高灵敏、高精度，高可靠性方向发展；在功能上，向交直流两用、多功能、接口丰富、便于与计算机连接方向发展。在品种上，专用的、自动在线的电子秤及称重计算机将有较大发展[14]。四、参考文献[1]王君,凌振宝,传感器原理及检测技术[M],吉林大学出版社,2001[2]黄继昌,徐巧鱼,传感器原理及应用实例[M],人民邮电出版社,2002[3]吕俊芳,传感器接口与检测仪器电路[M],北京航空航天大学出版社,1998[4]万隆,巴奉丽,单片机原理及应用技术[M],清华大学出版社,2003[5]徐惠民,安德宁,单片微型计算机原理接口与应用[M],北京邮电大学出版社,1996[6]陈志强,胡辉,单片机应用系统设计实践指南[J],2003[7]阳鸿钧,电子秤与电子天平技术问答[J],中国电力出版社,2009[8]孟立凡,蓝金辉,传感器原理与应用[M],电子工业出版社,2007[9]王保保,传感器简明手册及应用电路[M],西安电子科技大学出版社,2007[10]赵晓安,MCS-51单片机原理及应用[M],天津大学出版社,2001[11]杨欣,51单片机应用实例详解[M],清华大学出版社,2010[12]肖洪兵,跟我学用单片机[M],北京航空航