主要提出一种简单实用并且改进的高精度的电子秤设计方案，使测量精度得到大大提高。改进的设计采用 STC89C51RC单片机作为微控制器的电子秤,采用高精度的16位AD转换芯片AD770506。介绍了系统的整体设计方案、称重 传感器信号采集系统设计。本设计压力传感器使用电阻应变片，它能将机械构件上应变的变化转换为电阻变化。采用 STC89C51RC单片机作为控制核心,使用电阻应变片作为测量的装置,使用16位高精度的A/D转换芯片AD770506把模拟量转 换成数字量，把数据传输给单片机,单片机在通过LCD1602显示。设计电路集成度高、抗噪声能力强、滤波效果显著，具有很好 的系统稳定性和测量准确性。

0.引言

称重技术自古以来就收到全世界各地区人们的重视。在 古代由于没有完善的称重技术,导致商品贸易进行时没有统 一的标准,在各行各业的劳动生产过程中也达不到一个固定 的精确度,从而制约了生产力的发展。现在称重技术已经成 为一种计算手段被广泛应用于工业、衣业、交通、科研等各个 领域，与我们曰常生活紧密相连。

电子秤的发展经历了由简单到复杂,有粗糙到精密，由机 械到机电结合、最后到全电子化，由单一功能到多功能的过 程。尤其是近30年以来，工艺流程中现场称重、配料定量称 重以及产品质量的检测等工作，都已离不开电子秤。这是由 于电子秤不仅能给出质量和重量的信号，而且也能作为总系 统中的一个检测和控制单元,从而推进工业生产和贸易交往 的自动化和合理化。

因此,称重技术的研究和衡器工业的发展各国都很重视。 在五十年代中期，电子技术被应用于推动衡器制造业的发展。 六十年代初期出现机电结合电子衡器以来，到现在的四十五 十多年里，电子衡器有了很大的改变。最初，我国的电子衡器 以机电结合型为主,现如今已经被权电子型和数字智能型的 衡器所取代。如今电子衡器制造技术及应用有了新的发展趋 势。电子称重技术更注重动态称重,而非静态称重:计量方法 也趋向于数字测量,而非模拟测量;测量特点也是向多参数测 量发展,取代单参数测量。快速称重和动态称重更是成为研 究与应用的重点。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况 及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块 化、集成化、智能化;技术性能趋向是高速率、高准确度、高稳 定性、高可靠性;其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制 信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组 合型。

1.系统组成

1.1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（重 量）的测量仪器，也可以用来确定与质量相关的其他量大小、 参数、特性。通常有三部分组成：

（1）承重、传力复位系统

它是被称物体与转换原件之间的机械、传力复位系统,又 称电子秤的称体,一般包括接受被称物体载荷的承载器、称桥 结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。

（2）称重传感器

即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是 把支撑力变换成电的或其他形式的适合于计量求值的信号所 用的一种辅助手段。

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,具有良好的线性关系；有较高的灵敏度;对被称物 体的状态影响要小;能在较差的工作条件下工作;有较好的频 响特性;稳定可靠。

（3）测量显示和数据输出的载荷测量装置

即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数 转换、电流源或电压源、调节器、补偿元件、保护线路等）和指 示部件（如显示、打印、数据传输、存贮器件等）。这部分习惯 上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通 常包括前置放大、滤波、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显 示等环节。

1.2电子秤的工作原理

STC89C51RC单片机是采用8051核的ISP在系统可编程 芯片，STC89C51RC单片机器件兼容标准MCS-51指令系统 及80C51引脚结构，STC89C51RC单片机芯片内集成了通用8 位中央处理器和ISP Flash存储单元，具有在系统可编程 (ISP)特性,配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下 载进单片机内部,省去了购买通用编程器,而且速度更快。对 本系统的设计要求完全符合。

1.3电子秤的计量性能

电子秤计量性能设计的主要技术指标有：量程、分度值、 分度数、准确度等级等。

（1）量程：电子衡器的最大称量Max,即电子秤在正常工 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,用e或d来表示。

（3）分度数:衡器的测量范围被分成若干等份，总等份数 为分度数用n表示。

（4）准确度等级：国际法制计量组织把电子秤按不同的 分度数分成I、n、in、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所示。

2.系统设计与实现

数字式电子秤的设计提出一种简单实用并且精度高的电 子秤设计方案,使测量精度得到大大提高。设计分四个模块： 称重传感器、滤波电路、A/D转换电路，通过外部LED显示模 块显示称量结果.电路应用电阻应变桥式传感器来采集电压 的微小变化。通过电感与电容组成的抗干扰滤高频杂波作用 的EMI滤波器,减小外部环境对电子秤电路的影响，由电阻 和电容组成的一阶RC滤波器，用来限制输入信号的带宽，降 低输入信号的噪声。经过内部集成差分放大电路和高性能的 2-AADC (过采样模数转换器）的A/D转换芯片AD7799,对 输入电压信号进行放大并转换成数字量输出；显示模块采用 驱动器PS7219驱动四位八段LED显示器构成，显示实际测 量值.数字式电子秤设计的核心部件采用稳压电源、称重传感 器、滤波电路、A/D转换电路组成（内部集成差分放大电路和 2-AADC),由外部LED显示称量结果，具有很高的灵敏度、 快速响应显示、宽量程和低误差率等优良性能.以高性能24 位AD7799模数转换芯片为核心，采用PS7219驱动电路驱动 LED显示称量结果,设计了一款最大称重为6 kg,最小分度为 0.1 g,称重精度为六万分之一的高精度电子秤.电子秤系统 总体设计实现了测量精度的大幅度提高.另外,设计电路集成 度高、抗噪声能力强、滤波效果显著，因而具有很好的系统稳 定性和测量准确性。

采用9V电池经过三端集成稳压器LM340获得+ 5 V稳 压输出，为电子秤称重传感器提供激励电压，同时经过电阻网 络产生所需要的基准电压UREF为AD7799提供参考电压。 传感器输出的微弱电压变化经过滤波电路滤波，通过外部引 脚送入到AD7799中，由其内部集成的有低噪声仪用可编程 增益放大器（PGA)满足弱信号放大要求.放大后得到的信号 在AD7799内部的2-AADC转换为数字信号，由于所选用的 芯片AD7799已经具有译码功能故在显示时只需要接上数 码显示器驱动器即可用于显示.选择PS7219作为显示器的驱 动，直观地显示数字系统的运行数据。

2.1压力传感器

最普遍的电子秤应用桥式压力传感器实现,压力传感器 输出电压直接与放在其上的重量成比例。

压力传感器采用电阻应变片，它能将机械构件上应变的 变化转换为电阻变化。电阻应变片是由$ = 0.02-0. 05mm的 康铜丝或镍铬丝绕成栅状夹在两层绝缘薄片中制成。用镀银 铜线与应变片丝栅连接，作为电阻片引线。采用惠斯通电桥 原理来测量电阻的变化。

电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力 学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变 式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效 应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件 结合弹性元件构成力学量传感器。

2.2显示器的选型

本设计采用的1602LCD液晶屏作为显示模块。1602LCD 液晶屏具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等诸多 优点，且外围电路简单。现在字符型液晶显示模块已经是单 片机应用设计中最常用的信息显示器件。它模块内部字符发 生存储器已经存储了 160个不同的点阵字符图形，这些字符 图形有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文 假名等,每一个字符都有一个固定的代码，它的读写操作、屏 幕和光标的操作都是可以通过指令编程来实现的。

3.软件系统设计

软件部分采用C51编程语言 ,单片机首先进行初始 化，自动校准压力传感器。程序使用模块化设计思想,对每一 个功能写出相对独立的子程序。

4.结语

本系统采用STC89C51RC单片机作为微控制器，使用 LCD1602作为显示模块。程序设计采用模块化设计思想，能 够满足绝大多数的用户的使用需求，具有一定的使用价值。