高精度电子秤设计

论文总字数：15790字

摘 要

从很久很久以前，称重技术就一直受到人们的重视，也被广泛地使用在各个领域。现有的便携秤为杆秤或弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤。

　　本设计的研究对象为电子秤，并且选用应变式传感器制作电子秤称重模块。

高精度电子秤主要由电源、称重传感器、A/D转换器、单片机、键盘/开关、LCD显示器等部分组成。主要研究采用高灵敏度的电阻应变式称重传感器，探索适合的电路连接、信号放大处理、去噪和信号补偿方式，并采用高精度的AD转换芯片将结果转换为数字形式，再通过串口传递至上位机，由软件进一步处理后得到被测物体重量。

关键词：应变片传感器；称重传感器；A/D转换器；信号放大；电子秤

Design of High Precision Electronic Scale

Abstract

From a long time ago, weighing technology wood has been valued by people and widely used in various fields. Existing portable scales are rod scales or ballistic scales with elastic compression and stretching deformation to realize measurement.

The research object of this design is electronic scale, and strain sensor is used to make electronic scale weighing module.

The high precision electronic scale is mainly composed of power supply, weighing sensor, A converter, single chip computer, keyboard/switch, LCD display and so on. This paper mainly studies the use of high-sensitivity resistance strain weighing sensor to explore suitable circuit connection, signal processing, denoising and signal compensation methods,and uses high-precision A-conversion chip to convert the results into digital form, and then through the serial port to the host computer, the weight of the measured object can be obtained after further processing by software.

Keywords: Strain gauge sensor, Weighing sensor, AD converter, Signal amplification, Electronic scale

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章　绪论 1

1.1 课题的背景与意义 1

1.2 电子秤的国内外研究现状 1

1.3 电子秤的工作原理 1

第二章　系统硬件的组成 3

2.1 称重传感器 4

2.1.1 称重传感器的构成 4

2.1.2 称重传感器的原理 4

2.2 应变片式传感器 5

2.2.1 应变片式传感器的工作原理 5

2.2.2 HX711传感器 5

2.3 单片机系统 7

2.3.1 STC89C51单片机 7

2.3.2 集成电路AT24C02 8

2.3.3 单片机1602LCD 9

2.4 电路设计 9

2.4.1 电源设计 10

2.4.2 蜂鸣器模块的设计 10

2.4.3 晶振模块的设计 10

2.4.4 复位模块的设计 11

2.4.5 1602LCD液晶模块的设计 11

2.4.6 数据采集和转换模块的设计 12

第三章　系统软件的组成 13

3.1 主程序流程图 13

3.2 中断服务程序 20

3.3 HX711程序 20

第四章　实物演示 21

第五章　总结 24

致谢 25

参考文献 26

1. 绪论

1.1 课题选题的背景与意义

自古以来，人们一直都非常重视称重技术。作为一种测量方法，它被广泛应用于各个领域。为了克服传统电子衡器内部结构复杂、误差较大等问题，智能电子衡器已经出现。智能电子衡器包括测量数据的数字输出和符合标准的通信接口。本设计选用家用电子秤作为研究对象，通过选用电阻应变传感器为主要部件来制作家用电子秤称重模块。我们选择了高灵敏度的电阻应变式称重传感器，设计适当的电路连接，正确掌握信号的放大和处理，以及去噪和信号补偿方法。此外，我们还选择了高精度的AD转换芯片将检测结果转换为数字形式，然后通过串口传输上位机。在通过软件进一步处理之后，获得被测物体的重量^【1】。

1.2 电子秤的国内外研究现状

国内研究状况：夏东盛研究的一种高精度便携式电子秤通过主程序调用子程序实现系统量程范围为0～1Kg，绝对误差最大值为测量值的0.4%，并且实际测重时性能稳定，整体成本低，使用过程简单等优点^【2】；刘红等人研究了一种具有对测量数据自动清零、设置单价计算总价、超载报警等功能的智能电子秤，通过样机装配和测试获得了成功，该电子秤具有操作简单、测量误差小等特点，而且测量误差不超过测量值的0.5%，具有较好的应用价值^【3】；张洗玉等人研制了一种可以直接称重物体，通过键盘输入单价进行价格计算，然后显示所有基本信息等功能的高精度简易电子秤，该电子秤同样具有测重精度高、测量稳定性好等优点，可以快速实现对货物重量的检测功能^【4】；张慧婷等人设计了一种以STM32为核心的高精度电子秤，该电子秤的最大检测重量为500g，最大相对误差为不超过0.08%，该设计通过温度补偿技术和非线性拟合等手段提高了测量精度，提高了稳定性^【5】。 

国外研究状况：基于非冗余电子秤工程发展理论，对电子工程设计中的组合技术进行了研究，认为组合技术具有广泛的适用性，在寻找结构的最佳有序排列问题上具有极其有效的应用价值，空间或时间分布系统中的乌拉尔元素，其不均匀结构的分辨能力，这些设计技术使得在保持分辨率和定位精度的同时，可以配置具有发热元件的电子设备或系统。NRS理论可用于寻找基于组合技术的测量和无线电电子工程中广泛类技术问题的优化设计^【6】。

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