电子秤系统的设计方案.docx

电子秤系统的设计方案

2.1.电子秤的组成

2.1.1电子秤的基本结构

电子秤的最基本构成原理是通过被称物体的自身重力对压力传感器产生压力作用，压力传感器将采集到的压力信号转换为电信号；再通过将得到的电信号进行模拟量和数字量的转换；最后通过以微处理器为核心的处理器计算得到物体的质量。主要由以下三部分组成。

(1)承重、复位系统

当物体通过传感器将其转换时，此时需要通过机械机构进行对物体承载，当然物体不再机械结构上时要复位，这就需要一个机械结构来实现。这样的机械结构有吊挂式结构和桥梁结构。

(2)称重传感器

在电子秤系统中，物体的自身重力转换为电量的过程中最为关键的就是称重传感器，称重传感器可以按结构和性能的不同划分为直接移位式传感器、应变式压力和应变式电阻传感器和具有物理效应的磁弹性传感器。对于称重传感器来说，对他的最基本要求是：较高的稳定性、较高的灵敏度、良好的线性结构、较差的工作条件下稳定性和灵敏度较好。

(3)载荷测量显示装置

在电子秤设计系统中，传感器作为物体质量和自身压力转换的纽带和连接桥梁，称重传感器一般作为将物体自身的压力转换为与其成线性关系的电量，电信号作为后续电路的处理和变换。承载在压力传感器的机械部件和测量显示装置称为承重和测量显示装置。一般在电子电路中通常由以下几个基本的环节构成。这些环节包括；放大、滤波、变换、计算和存储显示。

2.1.2电子秤的工作原理

当物体放于带有秤盘结构的传感器时，此时传感器将物体重力换算为与之成函数关系（一般为线性关系）电信号，再经过放大环节、滤波环节、变换环节，这时以单片机作为核心处理器负责采集数据，最后经过存储环节暂时存储。以单片机为核心的CPU不断地扫描键盘开关，当扫描到键盘开关按下时，CPU进行从存储机构中读数据，再通过与键盘输入的值进行计算，然后将计算结果通过显示机构进行显示。

2.2电子秤信号采集信号和处理流程

电子秤中测量数据的精度和准确度将是至关重要的，因此单纯的靠硬件电路和传感器技术的发展是解决不了最根本的问题的。由此引入了软件数据处理技术。这样可以使得总体误差得以减小，减少了硬件设计的难度。数据处理的主要处理手段有：尺度转换，零漂处理，数字滤波，消除无效的物理量。下面就几种数据处理作介绍：

（1）消除无效的物理量

在电子秤系统中由于物理设备引起的物理量只能用软件的方法来消除。在电子秤中称重传感器必须结合带有机械结构的秤盘，这就使得原有的传感器引入了附加值。这就是引入了额外值。需要进行改进。但硬件无论如何改，难度特别大。这是就必须采用软件的方式来实现，达到预期的效果。

（2）零漂移处理

零漂移就是在电子电路中一般器件是由晶体管构成，这就使得其本身存在电子漂移，随着温度的发生改变，零漂移也就越来越明显。在电子秤系统中零漂移对于结果的影响特别大，这就使得要采用零漂移处理。通过器件给定的漂移值将其在软件设计中减去，达到预期的目的。

（3）尺度转换

模拟数字转换后得到了一些数字码，该数字不等于物体质量的量纲，只能转换，才能达到预期值。

一般的线性系统来说，通常的变换公式如（2.2.1）：

（2.2.1）

各个参量意义如下：

Ao：测量范围最小值

Am：测量范围最大值

N0：Ao所对应的数字量

Nm：Am所对应的数字量

Nx：Ax所对应的数字量

Ao、Am、NO和Nm都是常数，但是这些常数对应不同的值。尺度变换就是建立称重物体通过称重传感器转换的数据W和模数转换的数据N的数学模型。

假如承载被称物体的秤盘和其他秤盘构造的部件质量为WO相应的数模转换参量就是N，此时最大量程范围是Wm，相应模数转换对应的最大量程为Nm，此时物体的净重为Wc=W-WO,此时对应的数学关系为（2.2.2）：

（2.2.2）

以上的变换中，只是简单地做了被测物体的净重和（A/D）模数转换关系之间的数学模型，这样做忽略了精确度、分辨率等问题。由国家法规要求对电子秤系统的精确度、分辨率做了确切的要求。一般在硬件条件达到满足的条件下，只能通过软件设置分辨率、精确度，假设分辨率、精确度用d、n。它们与上式的关系为：

（2.2.3）（2.2.4）（2.2.5）电子秤系统设计中K由调用程序来确定，K确定后将它存储起来，每次调用来确定物体的净重，K有时被称为标准系数，此时测量时物体的净重为：

Wc=W-W0=（N-N0）Kd（