基于AT89C51单片机的电子计价秤的设计与实现

　　1 引言

　　随着电子技术的发展，衡器技术也在不断进步和提高。从世界水平看，衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械秤到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。

　　2 电子计价秤实现的基本功能

　　本次设计的电子计价秤最大称重6kg，精确并显示到0.1g，适用于商业零售小重量称重部门，亦可以作为电子天平测微重量使用。它能够快速准确地时时地显示单重、单价，并自动计算总价(总价=单价×单重)，并带有费用累计功能，最多累计次数50 次。该电子计价秤带有16 位液晶显示和14 个按键功能，并附带越限(超出6kg)报警电路和看门狗自动复位电路。

　　3 电子计价秤硬件电路设计与实现

　　3.1 应变片式传感器及其测量放大电路

　　导体或半导体在外界作用下产生机械形变时，其阻值将发生相应的变化，这种现象称为“应变效应”。根据应变效应将应变片粘贴于被测材料上，使其在受到外界应力作用时，引起应变片的变形，并使其阻值发生变化。通过测量双差动全桥电路将应变片阻值的变化转换成电压的输出，就可确定被测材料机械量的变化。

　　我们根据传感器理论可知,设一长为L、截面积为S、电阻率为ρ的电阻丝，已知其阻值为当电阻丝 L方向两端有机械应力F 时，ρ,l,s 都会发生变化，从而导致电阻发生变化,其金属丝的应变灵敏系数 K为 =1+2μ+c(1- 2μ) 比例系数 μ称为泊松比，c 为金属晶格结构的比例系数，一般在- 12(镍)～+6(铂)范围。在弹性形变范围内，K 决定于泊松比 μ和比例系数 c;在塑性形变范围内，因μ=0.5，所以K=2。

　　在电子计价秤的实际应用中，应变式传感器包括两个主要部分，一个是弹性敏感元件亦称弹性体，利用它把被测物理量重量转换为弹性体的应变值。我们采用铝合金作为弹性体的材值。另一个是应变片，由于金属材料的应变片的稳度稳定性好，在很大范围内保持常数，所以一般采用金属电阻应变片。并且电子计价秤在秤台结构上一个显著的特点是一个相当大的秤台只在中间装置一块专门设计的传感器组来感应物料重量。当秤台上放置物料时，应变片产生电阻应变△R (应变片受拉时为 R+△R，应变片受压时为R- △R)，为了显示和记录，通常将应变片组成双差动全桥电路.双差动全桥电路具有较高的灵敏度，良好的线性关系和适应温度变化的补偿能力。如图1 所示即采用两片受压，两 片受拉的四片应变片，且使相同受力状态的两应变片接入电桥的相对臂上。设R1=R2=R3=R4，且△R1=△R2=△R3=△R4，则此时输出电压为U=US·△R1/R1。电桥的电压灵敏度.可见，全桥双差动电路的电压灵敏度为US。同时完全线性。在全桥电路后面加了一级由AD521 测量放大器单芯片集成电路。放大倍数的调节范围为0.1- 1000,，并且具有高精度，高速度，高共模抑制比，防止低噪声漂移等优点。经过全桥双差动和放大电路处理后，我们得到U=kW的线性比例关系，K=1v/kg，即1g 输出为1mv，1kg输出为1v，满量移6v。