电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便，测量准确，价格低等特点。本文所 设计的是由电阻应变片式传感器测量电路，仪表放大器，按键电路和显示电路等组成的简易电 子秤。最初由托盘中模拟待测物的砝码因重力使横臂发生形变，同时，应变片传感器随之发生 形变产生电压信号，仪表放大器对传感器输出的微弱的电压模拟信号进行一定倍数的放大，以 满足单片机对输入信号电平的要求，再经过单片机控制译码显示器从而显示出被测物体的重量， 接着，通过按键电路可调节单价实现金额的计算、累加以及去皮等功能，最终由LCD显示屏对 单片机输出的数字信号进行显示。

引言

随着时代科技的发展，各行业对称重计量提出了 许多的新要求。电子称重技术逐渐从静态称重向动态称重发展，从模拟测量向数字测量发展，从单参数测 量向多参数测量发展。传统纯机械结构的称重装置逐 步被淘汰，而电子称重装置等称重装置以其准确、快 速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐其中电子秤不但能精确称出商品重量，还能去皮称 重，累计所称物品重量，输入物品单价可快速的计算 出金额，由此，电子秤能够完成许多工作，为人们节 省了时间也提高了效率。本设计就是基于单片机制作 这样一种电子秤，将传感器的输出信号经过放大后输 入单片机再由各按键调整实现相应功能，最终由显示 屏输出显示。

1.总体方案设计

1.1设计任务及要求

设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简 易电子秤，电子秤的结构如图1所示。如图所示，金 属悬臂梁固定在支架上，支架高度不大于40cm，支架 及秤盘的形状与材质不限。悬臂梁上粘贴电阻应变片 作为称重传感器。

(1)电子秤可以数字显示被称物体的重量，单 位克（g);

⑵电子秤称重范围5.00g?500g;重量小于 50g，称重误差小于0.5g;重量在50g及以上，称重误 差小于1g;

（3）电子秤可以设置单价（元/克），可计算物 品金额并实现金额累加；

（4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过100g。

1.2系统总体设计框图

系统总体设计框图如图2所示。

2.模块方案设计

2.1电阻应变式传感器的测量电路

应变片是用粘结剂粘贴到被测件上的，这就要 求粘结剂形成的胶层必须准确迅速地将被测件的应 变传递到敏感栅上。选择粘结剂时必须考虑应变片 和被测件的材料性能，要求粘接力强，粘接后机械 性能可靠，电绝缘性良好等。常用的粘结剂类型有 硝化纤维素型，氰基丙烯酸型，聚酯树脂型等。综 合考虑经济性和目标的硬性要求，我们采用了聚酯 树脂型。

金属丝的原始长度L，半径r，受力F作用后长度 为L+AL，半径为r-Ar，根据金属丝的电阻计算公 式：R=PL/S，由R的全微分得到R的相对变化，表达式：

2.2电压放大电路

由AD620AN集成仪表放大器结合TL072 (用作电压跟随器）对电桥测得的微弱电压信号进行放 大，如图4。

2.3 LCD显示电路

本次作品设计中我们使用了 LCD12864显示屏作 为单片机的显示电路。单片机的控制显示步骤主要 为：首先对LCD进行初始化，显示显示为手动设置 界面，此时可通过上下左右四个方向对单价及重量(软件调试过程中）进行手动设置，同时辅以去皮 及累加功能，此时显示屏上可显示出单价、重量、 金额及累计金额（去皮及所累加的金额数为默认 值，不予显示）。

如图5所示，采用LCD12864作为显示电路，其 中R3电阻和10 R F的电容组成上电复位电路，对LCD 的点阵都初始化为0;图中R2电位器是用来调节LCD 显示对比度。RS、RW、EN、CS2、CS1为LCD的控制信号。

2.4软件设计方案

采用MSP430系列单片机，其是一种16位RISC 架构的混合型号处理器，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的 27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器 以及片内数据存储器都可参加多种运算；其重要特 性有功耗低，处理能力强大，有高性能模拟技术及 丰富的片上外围模块，系统工作稳定，开发环境也 十分高效方便，操作也较为简单。此次我们采用 MSP430F5438A，其有丰富的模拟信号采集口 (14个)， 功能非常强大，完全能够实现本次课题的要求。

单片机通过使用ADC12采集口，采集电路输出 电压，再通过Matlab拟合称重质量与输出电压之间的 关系。具体的按键功能如图6所示。

3.系统调试

3.1硬件调试

本设计中，电阻式应变片传感器输出给电压 放大器的电压信号中，存在噪声信号和高次谐波， 这将会导致后续电路中的电压信号存在大量纹波分 量，若不加以必要的滤波处理，将会导致送给单 片机的信号极其不稳定而无法测得最终的数据。因 此，我们在电路中必要的端口增加了二阶无源低通 滤波。

3.2非线性矫正

由于本次设计小于50g时精度要求为0.5g，大于 50g的精度要求为lg，在50g的质量范围内采集了 28 组较为密集的数据，对50g至500g的质量范围内采集 了 45组数据。因采集的称重质量与输出电压并非线 性，所以我们进行了非线性矫正，利用Matlab软件进 行分段拟合，使测量结果更接近实际值。

4系统功能测试、指标参数

4.1称重测试

称重测试结果如表1所示：

4.2金额计算及累加测试

金额计算及累加测试结果如表2所示：

5.结语

通过本次简易电子秤的设计，最后设计出的 作品基本能够满足设计要求。设计初期，作品存在 纹波大的现象，造成该现象的原因主要是从电桥输 出的微弱电压中的高次谐波的存在，对此，我们先 后使用了一阶无源低通和二阶无源低通滤波电路对 每个放大端口进行滤波处理，实验证明，二阶滤波后，原先的输出纹波由原先的二十几毫伏降低到了 二点几毫伏，纹波现象得到明显改善。

此外，我们发现电桥输出电压与重物的质量并 非成严格的线性关系，这一问题在调试初期困扰了 我们很久，之后我们认识到了这一问题并将记录的 数据导AMatlab软件中进行拟合，从而得到了两者之 间近似满足的线性关系的相关系数，使得最终的测 量结果更为精确。