一、前言

称重仪在日常生活及生产中的使用日益普遍，对 称h于不能远传、准确度及抗干扰能力差的模拟式 称重仪在使用上受到了限制。数字称重传感器与模拟 称重传感器相比，能由微处理器对电路进行补偿和调 整，并对非线性、滞后、蠕变等性能修正，从而提高 称重传感器的性能。随着集成电路、单片机及传感 器技术的发展，数字式称重仪得到了广泛应用。

文中设计了一款数字式称重仪，以单片机为核心， 外围由检测、显示等硬件电路组成，结合软件设计完 成称重测量。

二、称重仪的工作原理

当物体被放置在称重仪上时，称重仪上的传感器 将产生一个力学量，接着将力学量转换成具有特定函 数关系的电信号（电压或电流等）。后经放大电路、 A/D转换电路后送CPU中进行微处理，CPU不断地扫 描键盘和每个功能开关，按键盘输入各种功能的开关 状态做出必要的判断，分析，由称重系统的软件来控 制各种操作。计算结果送入称重系统的内部的存储器， 并从存储器调出数据通过显示器显示出来。称重系统的工作原理如图1所示。

三、硬件电路器件选择及电路设计

压力检测选用电阻应变式传感器，通过应变电桥 将压力变化转变为桥臂电阻的变化，进而转变为输出 电压信号。放大电路选用选用精度很好且制作方便的 专用仪表放大器INA126，A/D转换器选用了成本低且 性能可靠的HX711转换器。单片机选用AT89C52，通 过数字键、开关/清零键、动静态模式选择键等按键 来实现系统的计价功能，选用可以节省空间，且减少 I/O的利用率矩阵式键盘。显示部分选用显示直观、方 便的液晶显示器，另外系统还

可配上相应的语音模块， 进行称重结果的语音播报.

1、压力检测部分

电阻应变式传感器桥路如图2所示， 采用全桥电路，当满足条件R1R3=RR*时， Uo=0，即电桥平衡。电桥的四个桥臂的电阻在 初始时具有统一的阻值R，在测量前应使电桥平衡。

电桥采用差动工作，相邻桥臂电阻变化 趋势相反，即R1=R-」R，R2=R+」R，R3=R- AR，R4=R+AR，当有称重物时，桥路的桥臂 阻值变化，电桥的平衡被打破，产生输出电压， 电桥输出表示如式（1)所示：

2、放大电路

专用仪表放大器INA126作为放大电路。INA126仪表放大结构图如图3 所示。INA126由2个高精度运放和4个精密电阻组合而成。其静态电流小于 175^A,失调电压小于250#,漂移小于3^V/°C,频率响应在G=5时典型值为 200kHz，输入阻抗的典型值为109n/4pF,共模抑制比在电压为±11.25V时大 于 83dB[3]。

3、A/D转换电路

美国Analog Device公司生产的AD574经常被用于对要求精度高的快速 转换采样系统中，转换精度达到0.05%, 25^s是其最大的转换时间，随着集 成电路的发展，出现了很多AD574的替代品，比如AD1674，本次设计采用 AD1674芯片，单极性接法。AD1674与AT89C52的接线图如图4所示。

4、显示部分电路

设计采用了液晶LCD显示，与单片机的LCD接线如图5所示。显示电路 采用P2 口分别与显示模块的三态、双向数据总线端及排阻连接，LCD液晶显 示模块选用LM016L,器件采用HD44780控制器,具有简单而功能较强的指令集， 可以实现字符移动，闪烁灯功能。与单片机通讯可采用8位或4位并行传输两 种方式。当LM016L模块的BF引脚为1时，模块处于内部模式，不响应外部 操作指令和接收指令。

5、键盘电路

4X4的矩阵式键盘以及中断工作方式被采用在本设计中，当有键按下时， 中断请求会被发送到CPU，中断服务程序会在CPU响应后执行，键盘才会被扫 描。单片机与键盘接口电路如图6所示。

6.报警电路的设计

称重仪如果超量程，将会启动报警电路，对工作 人员起到提醒的作用，超重时P2.6=1,触发报警电路， 产生频闪的灯光和间断的声音，报警电路设计接线如 图7所示。

四、称重仪软件部分设计

1、主程序设计

主程序模块的任务就是调用各个子程序和将系统 初始化，设计流程图如图8所示。首先将数据、端口、 显示、定时器等进行初始化设置，设置单价，系统进 入称重准备，若有重物称重则传感器进行称重，显示 总价及重量等信息，若无称重则进行键盘扫描，等待 下一次称重。

2、子程序设计

系统的子程序有A/D转换启动和数据读取程序设 计、键盘输入控制程序设计、显示程序设计及中断程 序设计等。

根据硬件设计键盘电路被设计成4X4矩阵式，在 程序中通过对按键编码进行判断，存储单元接收并存 储其对应在键盘上的数值，最后对存储单元里的数据 进行数据处理。设计流程图如图9所示。

设计显示子程序的流程图如图10所示。显示器件 初始化后进入欢迎界面，系统进行键盘扫描判断是否 有键按下，当有按键时，进行按键内容显示，当按键 为D时，为键盘输入界面，按键为E时为显示测量界面， 按键为F时，则进行功能显示界面。

电路设置了超限报警，测量超限则P1.0将由0置 为1，此时蜂鸣器会发出报警声音，同时发光二极管 会不停的闪烁。

五、称重仪仿真测试结果

物体重量由称重传感器测量，信号放大电路对测 得的模拟信号进行放大，经A/D转换传送至CPU控制 系统，最后由LCD显示。系统指令可通过键盘输入。 为了验证系统的硬件电路和软件设计的可行性，对称 重系统进行了仿真。通过调节压力模拟电路电压来代 替物体的重量，同时按下键盘上的数字键设置物体的单价，这样物体的总价=物体的重量*单价，系统的仿真设置单价为3元，模拟压力为4.978kg，则总价为14.93元，仿真模拟图如图11所示。

六、结论

文中基于单片机AT89C52和应变式压力传感器设计了一款数宇式智能称重仪，合理选择了器件，设计了硬件电路和相应软件部分。

设计的过程中，考虑电路的可行性及电气元件的性能，设计出了显示电路、报警电路、矩阵键盘电路等硬件电路，并用Protel进行原理图的绘制仿真；软件部分设计出了部分的流程图，通过Keil进行程序编写，与Protel进行联调，实现了称重系统的功能的测试仿真。