为了解决因微弱信号放大而影响电子秤精度的问题，采用了仪表放大器作为压力传感 器前置放大器，解决了由放大环节带来的失调电压和温漂等问题。简要论述了电阻应变式称重传感器的工作原理、设计了系统硬件电路与软件。经测试设计的电子秤误差小于0.3%，且具有 数据准确稳定、称量快捷等特点。

0.引言

电子秤是将传感器技术、信息处理技术、计算机 技术等综合一体的现代新型称重仪器。它是一种快 捷、方便的称重工具，广泛应用于工厂生厂、集贸市 场、大型商场等公共场所的信息显示和重量计算。 电子秤是通过以单片机来控制中心单元，由传感器 作为进行重量的模数转换单元,再通过单片机键盘 控制和显示输出来实现准确称重。系统中采用 应变片压力传感器检测到的信号弱，且含有大量的 共模干扰成份,信号的处理将直接影响到系统的精 度,本文采用仪表放大器作为信号处理模块。

1.电子秤的工作原理

电子秤首先利用压力传感器采集因压力变化产 生的电压信号,再经过电压放大电路放大,然后再经 过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送 入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所 称物品的重量，然后再显示出来。设计的电子秤系 统由五部分组成:测量部分、仪表放大部分、A/D及控制器部分、数据显示、键盘部分。系统设计总体方 案框图如图1所示。

测量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,经仪表放大器放大后，再经A/ D转换送至单片机,将数字信号转换为物体的实际 重量信号,并将其送到显示单元中。

2.硬件电路设计

2.1测量电路设计

在设计中，传感器是一个十分重要的元件，因此 对传感器的选择也显得特别的重要，不仅要注意其 量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的 设计的难以程度和设计性价比等。电阻应变式压力传感器是一种将力转换成电信号的转换元件，其主 要由两部分构成:弹性敏感元件；电阻应变片。弹性 体在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在他表面的 电阻应变片也随同产生变形，电阻应变片变形后，它 的阻值将发生变化，再经相应的测量电路把这一电 阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将 外力变换为电信号的过程。图2所示为平行梁微型 秤称重传感器。

根据设计要求传感器参数选择如表1所示。悬 臂梁安装方式：带线端固定，另一端的悬空，其上面 放称量重物。

系统采用SP20C -G501电阻应变式传感器，其 最大量程为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，具有过载保护装置。由于 惠斯登电桥具备诸如抑制温度变化的影响，抑制干 扰,补偿方便等优点，所以该传感器具有测量精度 高、温度特性好、工作稳定等优点,广泛用于各种 结构的动、静态测量及各种电子轩的一次仪表。

测量电路采用最常见的桥式测量电路，用到的 是电阻应变传感器半桥式测量电路。它的两只应变 片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化 导致弹性梁应变而产生变化。工作原理如图3所 示，当弹性体受力变形时,应变片的敏感栅也随同变 形,其电阻值发生相应变化,通过转换电路转换为电 压或电流的变化。图3中当每个桥臂电阻变化值 ΔR <<Ri、初始值R1 = R = R3 = R,且电桥输出电 阻无穷大时，电桥输出电压U0为：

式（1)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. 2信号放大电路设计

仪表放大器是精密差动电压放大器，其源于运 算放大器,但优于运算放大器，具有高输入阻抗、低 噪声、高共模抑制比、低失调漂移增益、低线性误差、 设置灵活和使用方便等特点,使其在传感器信号放 大、数据采集、精密电子仪器设备、医疗仪器等方面 广泛被采用。本系统采用仪表放大器作为信号 放大电路。

①电路结构

设计的电子秤仪表放大器结构如图4所示，电 路有两级,第一级由小组成,均采用高阻抗同相 输入形式且结构对称,使得电路的漂移和失调都有 互相抵消的作用；第二级由皂组成差动放大电路, 也具有很高的极高的输入阻抗、共模抑制比,与前级 匹配。电阻R1 = R2、R3 = R4、R5 = R6,调节Rp的电 阻值,即可调节放大倍数,在火和毛可增设调零电 位器VR和VR,,电路差模电压增益为：Au = R5/R3 (1 +2R!/RP)上式仪表放大器的增益即可由电阻 Ri、R3、R5预置,也可根据需要调节RP设置仪表放 大器的增益。

②元件参数设计

集成运放应选用低噪声、共模抑制比高、输入失 调电流小的运放，图4中小运放的特性需一致， 电路采用了 OP-07。电阻、电容的确定，在低噪声电路中，电阻选用低温度系数的电阻精密金属膜电 阻,以获得尽可能低的漂移其噪声指数可达到 0. 2^V~1^V。放大器的放大倍数Au设定为30 ~ 200 可调，根据 Au = R5 /R3 (1 +2R1 /办），选取 R = R2 = 10kH，R3 = R4 = 2kH，R5 = R6 = 20kH，Rp = 10kH 足以满足Au。

2. 3控制电路及显示电路

控制器MCU部分采用单片机AT89S52作为系 统的主控制器，因其外围电路简单,只需要加上晶振 电路和电源就可以工作。AT89S52单片机的最小系 统由时钟电路、复位电路、外加电源及单片机构成， 其硬件电路如图5所示。单片机接口电路A/D转 换器采用AD574, AD574输入信号取0V ~5V;数据 输出12位；电源电压5V。

LCD1602液晶模块的引脚连线如图6所示。其 中第1、脚为液晶的驱动电源;第三脚R为液晶的 对比度调节,通过在和GND之间接一个10K多 圈可调电阻，中间抽头接R，可实现液晶对比度的 调节;液晶的控制线RS、R/W、E分别接单片机的 P0.5、P0. 6、P0. 7;数据口接在单片机的P2 口； BL +、BL -为液晶背光电源。

3.软件设计

系统采用C语言编程，编译环境为keilUV3。 软件设计主要包括三个方面：一是初始化系统;二是按键检测；三是数据采集、数据处理并进行显示。程 序采用模块化的结构，这样程序结构清楚，易编程和 易读性好,也便于调试和修改。程序结构如图7所 示，系统程序分为主程序和若干子程序，主程序的功 能是系统初始化，管理和调用各个子程序.

4.系统测试结果

设计的电子称系统的量程是2kg,测试的数据 如表2所示，由测量数据知系统误差小于0. 3%,误 差的来源有传感器本身的非线性误差，称重传感器 供电电压的稳定性,A/D转换芯片的精度,温度漂 移等因素.

5.结束语

设计电子称重系统具有计量准确、体积小、重量 轻、携带方便等优点。充分利用了 AT89C52单片 机对信息的控制能力和计算机的数据处理能力，采 用的仪表放大器使系统的结构和硬件电路更加合 理,而且解决了由放大环节带来的失调电压和温漂 等问题8。经过测试可知该系统运行良好,性能稳 定,有一定的实用价值.