本次做的电子秤设计如下：
摘要
当前,电子技术的发展日新月异。衡器的发展,也在电子技术的进步浪潮的带动下,其发展呈现出由简单到复杂、由单一到多功能的趋势。随着衡器技术的不断发展,现代电子称具有承重装置结构简单、称重范围宽、称重反应速度快等优点,因此在各行业中得到了广泛的应用。
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。
手提电子秤具有称重精确度高，简单实用，携带方便成成本低，制作简单，测量准确，分辨率高，不易损坏和价格便宣等优点。是家庭购物使用的首选。其电路构成主要有测量电路，差动放大电路，A/D转换，显示电路。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，广泛应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置。而差动放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。
一、设计题目与要求
1.设计题目
基于应变片的高精度电子秤设计
2.设计要求
量程:0-2Kg
显示测量值（数码管显示或者LCD显示都行)
测量精度:士2g
二、设计原理
1.电阻应变片传感器原理
CZL-A 桥式电阻应变片的受力如图1 所示，R1、R2、R3和R4 组成惠更斯电桥，当垂直正压力P 作用于称重传感器的梁上时，电桥失去平衡，产生不平衡电压，不平衡电压与作用在传感器上的压力P 成正比，从而将非电量转化成电量输出。
2.电阻应变式传感器的测量原理
电阻应变片能将力学量转变为电学量是利用了金属导线的应变——电阻效应。金属导线的电阻R与其长度L成正比，与其截面积A成反比，即：
假设金属丝的原始长度为L，半径为r，受力F作用后长度为L+ΔL，半径为r-Δr，根据金属丝的电阻计算公，由R的全微分得到R的相对变化表达式：
由于受到敏感栅结构形状、成型工艺、粘接剂和基底性能的影响，应变片的灵敏度系数通常小于相应敏感栅整长应变丝的灵敏度系数。其中最主要的影响因素是敏感栅的结构形状，尤其是栅端圆弧部分横向效应的影响，因此，在计算参数时需考虑在内。
3.整体架构
三. 整体方案设计
1.方案选择
1.1误差分配
设计要求为：称重0-2kg，误差为±2g，所以要求的误差为0.1%。初步估计，分给A/D转换电路的误差至多为0.02%，放大电路的误差为%0.02，分给传感器的误差为0.06%，
1.2器件选型
1.2.1电阻应变片BX120-100AA
BX120-100AA电阻应变片采用箔材，其主要参数如下所示
| 1. 阻值：120欧±1欧 |
- 基层尺寸：108*6mm
- 丝栏尺寸：100*3mm
- 引线长度：镀银线4CM
- 基层材料：酚醛-环氧
- 丝栏材料：进口康铜
- 供电电压：3-10v
- 灵敏系数：2.1士2%
- 机械滞后：1.2um/m
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1.2.2电阻应变片BF1K-3AA
该应变片基底材料采用改性酚醛基底，用康铜箔制成删丝,采用全封闭结构。可同时实现温度自补偿和蠕变自补偿。其余特性参数如下：
- 电阻值(R)：1002±0.1
- 灵敏系数：0±1%
- 基底尺寸：7.3*4.1mm
- 丝栅尺寸：3*3.1mm
- 室温应变极限：20000 um/m
- 室温绝缘电阻：10000ＭΩ
- 室温绝缘电阻：10000ＭΩ
1.2.3电阻应变片BF120-3AA
- 该应变片的主要参数如下：
- 阻值：120Ω±3Ω
- 基层尺寸：6.6*2mm
- 丝栏尺寸：3*2.3mm
- 引线长度：3-5CM长漆包线
- 基层材料：酚醛
- 适合温度：-30℃-60℃
1.2.4 运放OP07
OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
特点：
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- 超低偏移： 150μV最大 。 2. 低输入偏置电流： 1.8nA 。 3. 低失调电压漂移： 0.5μV/℃ 。 4. 超稳定，时间： 2μV/month最大 5. 高电源电压范围： ±3V至±22V 6. 共模抑制比：100 db
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1.2.5运放LM358
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与 电源电压无关。[]它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
lm358特性：
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- 内部频率补偿 2. 直流电压增益高(约80dB) 3. 单位增益频带宽(约1MHz) 4. 电源电压范围宽：单电源(3—30V);双电源(±1.5一±15V) 5. 低功耗电流，适合于电池供电 6. 低输入偏流 7. 低输入失调电压和失调电流 8. 共模输入电压范围宽，包括接地 9. 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 10. 输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)
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1.2.6 A/D转换 AD7888
AD7888是8路12位的串行接口ADC，采用4线SPI通信。具有体积小低功耗等特点.使用2.7 V5.25 V单电源工作;最大转换率为125 kSPS；其输入采样保持电路在500 ns 内取一个信号；采用单端采样方式；包含8个单端模拟输入(AIN 1AIN 8;·每个通道的模拟输入范围为0~Vref:其片内2.5V基准可用作基准源.用户可通过REF IN/REF OUT 引脚对其进行访问·也可通过此引脚向AD7888 提供外部基准电压
1.2.7 A/D转换 AD571
AD571是逐次比较型、10位,单片集成模/数变换器(ADC)。该芯片将D/A转换电路、参考电压源﹑时钟发生器、比较器、逐次比较寄存器及输出缓冲器集成在一个芯片上.并有三态输出,所以很容易与微控制器接口。
主要性能：
- 逐次比较型;
- 三态缓冲输出﹔
- 易与微控制器接口﹔
- 片内含有温度补偿的参考电压源;
- `双电源供电﹔
1.2.7 HX711称重传感器专用A/D芯片
HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B则为固定的32增益，用于系统参数检测。
芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
1.3 方案设计
方案一：
使用BF1K-3AA应变片手工搭建半桥差动测量电路采集数据，OPO7作为放大电路，经过12位的AD转换器AD7888之后送给单片机进行数据处理。
方案二：
使用BF120-3AA应变片手工搭建半桥差动测量电路采集数据，放大电路使用LM358，10位的AD转换器AD571作为ADC，其自带128倍增益，标称非线性度为0.0015%，然后送单片机进行数据处理。
方案三：
使用BF1K-3AA全桥差动电路构成压变传感器采集数据，HX711作为ADC、放大电路，其自带128倍增益，非线性度为0.001%。然后送单片机进行数据处理。
1.4误差分析
1.4.1 半桥测量电路的误差分析
如图为型号为BF1K-3AA的应变片构成的半桥测量电路
其电阻标称值为1002±0.1Ω，其非线性误差为
可见，就测量精度而言，三种方案都满足要求。但是由于A/D转换给电路的精度是0.2%，所以不使用方案二。方案三特点是使用了称重专用带高精度增益的24位AD转换芯片HX711，集成度较高，便于制作。且拥有很高的精度，三者中性价比最高。综上，出于经济和可实现的角度出发，选择方案三作为本次课题的设计方案。
MCU选择51单片机。因为51单片机的功能足以完成本次设计的所有功能。51单片机相对于32单片机而言，价格更为低廉，使用更为方便。显示选择LCD1602。
四、电路设计
1.单片机AT89C51
AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP的可反复擦写10000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的ST89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89C51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 51单片机有2个定时器中断、2个外部中断。
2.LCD1602
显示采用点阵字符型 LCD 液晶显示，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，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。
基本操作时序:
a.读状态:输入:RS=L，RW=H, E=H
b.写指令:输入:RS=L，RW=L, E=H
c.读数据:输入:RS=H, RW=H, E=H
d.写数据:输入:RS=H，RW=L, E=H
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