电子秤与传统机械秤比较，其技术性能趋向高、速率快、稳定性好、使用简便；其功能趋向智能化，应用性能趋向于综合性。目前，在商业贸易中使用的传统台式电子秤，存在较大的局限性，低、体积大、携带不便、应用场所受到制约。为了解决这些问题，本文运用传感器技术，计算机技术结合数据处理技术，设计一款便携式电子秤一体的新型智能计量设备。

1、系统硬件设计

系统在充分考虑实用性性价比和性价比的前提下，完成了电子称的方案设计，按照功能分为为个部分：控制器部分、测量部分、数据显示部分、键盘部分和电路电源部分，总体方案框图如图1所示。系统重量检测部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电压信号，而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路）处理后，送单片机中的A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出，控制器接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过运算，将数字信号转换为物体的实际质量信号，并将其送到显示单元中。

图1  系统总体方案

1.1、数据采集模块

电子秤中测力传感器的弹性体部分采用悬臂梁结构，悬臂梁结构的弹性体具有强度高、高、稳定性好、量程范围广、安装时悬臂梁一端固定、一端受力，一般各种压力或拉力的测量均采用这种结构。

1）SP20C-G501电阻应变式传感器

系统采用SP20C-G501电阻应变式传感器，该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其量程为1kg。称重传感器由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有防尘密封、量程范围广、高、性能稳定可靠、安装使用方便等特点。SP20C-G501电阻应变式传感器采用电桥结构，具有自补偿功能、抑制温漂能力强、易调零等。图2为SP20C-G501型压力传感器原理图，桥路四只应变片贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。工作原理：当悬臂梁的弹性体受力变形时，与弹性体一体的应变片随之变形，在测量范围内应变片的电阻值随着呈线性变化，通过转换电路转换为与之对应电压的变化量。图2中每个桥臂电阻变化值ΔRi＜＜Ri、初始值R1=R2=R3=R4，且电桥输出电阻无穷大时，电桥输出电压Uo为

该式说明电桥的输出电压Uo和四个桥臂的应变片感受的应变量的代数和成正比。

2）AD转换芯片选择

SP20C-G501型传感器输出信号为毫伏级，需放大后才能送模数转换器。为了提高系统灵敏度和，系统A/D转换器采用HX711型芯片，HX711集成有稳压电源、时钟振荡器等，具有响应速度快、高、抗干扰性强等优点，分辨率达到24位。其使用时需要对芯片内部的寄存器编程，输入有A、B两个通道供选择，每个通道直接与内部的低噪声可编程放大器相连，放大器可编程增益为64和128，通道A和B的对应的差模输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。HX711芯片与单片机接口电路如图2所示。

图2  HX711典型应用电路

1.3、系统电源电路设计

5V电源电路如图3所示。电子秤各模块电路驱动电压均为5V，为了加强系统的稳定性和可靠性及完整性，系统采用供电方式为独立电源供电。用9V高能电池经三端稳压器件CW7805，输出5V电压作为系统电源，该电压源电压5V稳定，电流可达1.5A。电路中R为1kΩ，起限流作用，以保证LED不被烧坏；LED用作电源指示，其亮灭代表电源工作受是否正常。该电源优点电压稳定，使用周期长，可独立使用。

图3  电源接口电路

1.4、单片机控制模块

为了提高性价比，电子秤处理器选用STC89C52RD，其由STC89C52RD芯片、晶振电路和复位电路三部分组成单片机系统，电路如图4所示。系统复位电路采用复合复位，其由10μF电容、10kΩ电阻按和开关S构成，系统既可通过按键S复位，也可通过电容充放电自动复位。时钟采用了内部时钟方式，在单片机的XTAL1和XTAL2口外接12MHz石英晶振，并联两个电容，起稳定频率和快速起振作用，在单片机内部产生12MHz时钟脉冲信号，图中电容器C1和C2典型值是22pF。

图4  单片机系统图

1.5、液晶显示模块

系统测量结果显示部分考虑到功耗、寿命及可靠性选用液晶显示，LCD1602是一种典型的液晶模块，其采用图形点阵显示，通信方式为4或8位并口，内置有64个字节的自定义字符RAM和192种字符。LCD1602液晶模块典型结构为16个端口，第1、2端口接为电源驱动口，第3端口为对比度调节口，一般在接一个10K多圈可调电位器，电位器动点直接节调节口，电位器固定端分别接VCC和GND，只要调节电位器动点，就可实现对LCD1602对比度的调节；LCD1602第4、5、6端口RS、R/W、E为液晶的控制端口，通过单片机的P2.5、P2.6、P2.7引脚进行控制；第7-14端口D0~D7为LCD1602数据线，与单片机P0口连接，用于传输数据；第15、16端口为液LCD1602亮度调节端。图5为单片机与LCD1602接口电路。

图5  LCD1602接口电路图

2、系统软件设计

为了方便系统调试，电子秤软件部分采用了模块化设计，主要包括主程序，模/数转换子函数、延时子程序、数据处理子程序、LCD显示子程序，软件运行通过主函数调用子程序。硬件加电，系统快速进行初始化，完成系统变量定义空间分配以及变量赋初值等。系统主程序流程图如图6所示。测量时SP20C-G501电阻应变式传感器将检测质量转换成模拟信号，再由A/D转换成24位二进制数字信号，由单片机运算处理后，接着进行定标和调零，调用LCD显示子程序，将质量数据送到LCD1602对应的地址上显示。

图6  系统主程序流程图

3、系统测试

系统测试，在对系统线性度测量即定标的过程中，预先准备一组标准砝码作为基准。通电时，先对调零后，放置标准砝码在传感器测试区的中心，待显示数据稳定后，记下显示值，然后依次增大砝码的质量，通过多次重复测量并记录砝码的实际重量和系统所测量的值。系统测试时应按照正顺序和反顺序进行多次测量，即砝码由轻到重连续增加不要进行中途撤去砝码，反之依然。由于SP20C-G501传感器灵敏度极高，悬臂梁的固定端在水平方向必须固定死，否则会影响测量；另外传感器的引线也很灵敏，需要卡死，稍微触动也会影响测量。由表1测量数据可知，系统相对误差小于0.4%。

4、结论

利用高的A/D转换器，有效的改善了电子秤的，电源DC5V。经测试主要技术指标为：称量范围0～1000g，分度值1g，相对误差小于0.4%。硬件设计采用模块化结构，是的系统可靠性高、便于调试，抗干扰能力强和成本低等优点，同时克服了传统的数字指示秤、模拟指示秤不、速度慢、不能计算、易作弊等缺点。