新型便携式电子秤研究

秤是最普遍最普及的计量设备，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。

低成本高智能化的电子秤无疑具有极其广阔的市场前景。

本章简述称重技术和衡器的发展过程，论述提出新型便携式电子秤的意义，介绍项目研究背景关键技术工作重点及本文的创新之处。

称重技术和衡器的发展衡器是通过作用于被测量物体的重力来确定该物体质量的计量器具。

在整个衡器的发展过程中，先后主要出现了六种类型的衡器架盘天平不等臂平台秤吊车秤倾斜象限杆秤弹簧秤和自动秤。

其中，不等臂平台秤十进秤是当今动态轨道衡的鼻祖，至今它仍是最通用的种秤。

第次世界大战后，由于贸易和工业发展的需要，急需能进行快速称量的衡器。

机械式衡器在此期间得到很大的发展。

当时以倾斜杠杆案秤占绝大多数，读数装置除扇形度盘外，还有滚筒形度盘，从而扩大了读数范围并可附加价格标尺。

以后又出现了用于工业的带双摆锤测量机构的圆形度盘指针式秤和成本低廉带投影标尺的倾斜式杠杆秤。

第二次世界大战后出现了电子衡器，它主要由称重显示控制器称重传感器和电器控制等部分组成，其发展过程与其它事物样，经历了由简单到复杂由粗糙到精密由机械到机电结合再到全电子化由单功能到多功能的过程。

二十世纪年代中期，为了把衡器引入生产工艺过程中去，使称重过程自动化，电子技术渗入了衡器制造业。

年代初期，出现了称量工作是机械式的，与称量有关的显示记录远传式控制等功能是电子方式的衡器，即机电结合式电子衡器。

近年以来，工艺流程中的现场称量配料定量称重以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。

这是因为电子衡器不仅能给出质量或重量值的信号，而且也能作为总系统中的个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。

电子衡器具有反应速度快，测量范围广应用面广结构简单使用操作方便信号远传便于计算机控制等特点，计量精度高，而且实现了多功能多用途。

电子衡器已被广泛应用于各个行业，近年来愈来愈多地参与到数据处理和过程控制之中，使现代称重技术和数据系统成为工艺技术储运技术预包装技术收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成部分。

电子衡器种类繁多，且涉及到贸易结算和广大消费者的利益，所以为世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为我国强制管理的法制计量器具。

电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理严格生产贸易结算交通运输港口计量和科学研究都起到了重要作用。

目前电子衡器主要分为非自动衡器和自动衡器。

我国电子衡器经过多年的不断改进与完善，最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。

我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到国际年代中期的水平。

电子衡器制造技术及应用得到了新发展。

电子称重技术从静态称重向动态称重发展计量方法从模拟测量向数字测量发展测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。

但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进工艺装备与测试仪表老化开发能力不足产品的品种规格较少功能不全稳定性和可靠性较差等。

电子衡器已从过去的引进技术进入了自行开发和设计的时期，尤其是用于非自动衡器方面的称重显示控制器的开发突飞猛进。

而市场上普遍使用的是非自动衡器，它主要用于贸易结算方面，也是群众接触最多的电子衡器，例如其中普遍使用的电子计价秤电子台秤和电子汽车衡动衡器般较常见于工矿企业的配料秤定量包装秤等。

电子秤的发展现状电子秤是载于秤的台座盘钩上的物品的重量由传感器蠕变反应平衡，而由仪器数字显示的电子衡器。

电子秤集机电仪于体，具有多功能高精度快速和动态计量稳定可靠等特征，代表了衡器产品发展的方向。

电子秤属于日用衡器，为劳动密集型产品。

电子秤产品总的发展趋势是小型化模块化集成化智能化其技术性能趋向是速率高准确度高稳定性高可靠性高其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的智能化功能其应用性能趋向于综合性和组合性。

小型化近几年新研制的电子平台秤结构充分体现了体积小高度低重量轻即小薄轻的发展方向。

对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤，可低质量标准，与国家取消杆秤的初衷不符。

便携式电子秤的构成便携式电子秤硬件系统由电容式传感器高稳定参考电容定时器数据选择器单片机系统键盘开关显示器等组成。

仪器硬件结构框图如图所示。

图仪器硬件结构框图电源电路为使仪器能按照要求正常工作，第步设计，即精确稳定的电源供给设计至关重要。

便携式电子秤供电电源为节电池，经电源变换后成为各电路单元稳定的供电电压。

在设计上要求电源芯片技术指标满足电路要求耗电省安全性好占空间小重量轻性能价格比高。

便携式电子秤电源设计选用芯片。

参考电容电容传感器定时器数据选择器单片机显示键盘开关是美国公司生产的集低静态电流高转换效率超小型封装输出电压可调噪声低于身的新型升压型转换器。

可广泛应用于便携式设备无绳电话医疗器械等产品。

主要工作特点如下静态工作电流为输出电流时，效率可达输出电压灵活在可调，另有或的固定输出输入电压范围宽启动电压低仅为带有逻辑控制的关断端，关断电流为内部含有同步整流器可选择的峰值电流和具有电池欠压检测能力引脚功能如表所示。

表引脚功能引脚名称功能反馈输入端，接电阻分压反馈，可输出可调电压接地为输出接为输出电池电压检测比较器输入端，内部基准电压为电池电压检测比较器输出端，漏极开路，用个的电阻连接到端，当时，输出为低电平峰值电流选择端，连接到为，连接到为基准电压输出，用的电容旁路，可提供电流转换关断控制端，输入为低电平时，关断输入为高电平时，为工作状态衰减开关输入端，减少了输入端振荡电源地直流输入端直流输出端主要控制特性为快速关断峰值电流可调的脉冲频率调制升压型转换器。

该转换器结合了超低静态电流和脉冲宽度调制的高输出电压高转换效率的优点。

无内部振荡器，恒定的峰值电流的限制使得电路的电感电流能够在其限制值内连续变化，小负载时的开关频率由对单向开关管决定，典型的最小关断时间为，最大导通时间为。

而流过峰值电流的的开关频率则取决于电路负载的大小和输入电压值，其最高频率可达，内部的峰值电流为。

内含与输入端相接的衰减开关，能减小电流在电感内的震荡器件内部的同步整流器取代了外部肖特基二极管，减小了电源的体积，提高了运行效率片内低电池电压比较器用于将检测到的信号与内部参考电压比较，并通过输出端对电池充电进行实时控制。

当的电压低于时，器件关断，在正常运行时，的电压需高于，或连接的端。

当关断时，的体壳二极管允许电流由输入流到输出，降到−。

端的负载和电容决定了输出电压的衰减速度，该端般接。

电源电路设计仪器采用升压型转换芯片构成个提供直流信号的电源电路。

升压转换电路如图示。

图升压转换电路具有电池欠压检测功能，整个仪器虽然采取了低功耗设计，但不能避免电池能源的消耗。

因此，仪器利用这功能，提醒用户更换电池。

仪器设定在电池电压低于时，产生欠压提示。

芯片低电压检测输入端为，该检测电压取自电池在上的分压，般应保证，当取时，由下式确定式中，为基准电压，为需设定的输出，为阈值电压。

低压检测结果输出为，与单片机的端连接。

另外，输出电压纹波是电感峰值电流和输出电容的等效串联电阻的乘积，为了降低纹波，可选用较低的电容或在输出端并联滤波电容。

仪器选用的电解电容与电容相并联，置于电源输出端。

传感器单元测量电路如本文第二章所述，电容式传感器利用参考电容进行测量补偿，并利用多谐振荡器将电容变化量转换成频率的变化量。

由此，本文设计了基于双定时器高精度的传感器单元测量电路。

是公司生产的通用双定时器含有两个，能产生精确定时和频率，用于以电池为能源的设备非常合适。

该芯片是型定时器，与双极性定时器相比，最大负载电流小功耗低而且输出时几乎不存在短路电流。

的主要特性为电源电压范围宽输出时没有短路现象占空比可调电流电流电流低低功耗的型单块集成电路电源电流低电气放电保护有关定时器构成自激多谐振荡器电路的应用原理可参阅参考文献，在此不再赘述。

测量电路设计传感器单元测量电路如图所示。

图中，电容控制振荡器主体由构成，两路自激多谐振荡器分别由时基电路引脚与高稳定参考电容固定已知外接电阻组成，时基电路引脚与电容式传感器外接电阻组成。

的引脚分别与单片机的连接，利用口电平变化触发振荡器。

图传感器单元测量电路是有公共选通输入端的四选数据选择器，只用其中组数据选择输入端，输出端。

数据选择端由单片机的控制，由的高低电平切换测量通道输出脉冲经由引脚送入单片机的计数器处理。

单片机系统设计以单片机或嵌入式系统等为主体的便携式智能仪器可由软件完成众多的数据处理和控制任务，。

仪器选择单片机开发应用软件。

系列单片机是美国技术公司的极有代表性的低价格高性能单片机，代表着单片机发展的新动向。

其主要特点如下除采用哈佛体系结构外，采用哈佛双总线结构即数据总线和指令传输总线分离，且宽度不同，取指方便，提高了指令执行速度。

采用精简指令集技术，只有条指令，全部为单字节，且绝大多数单周期。

寻址方式只有种即寄存器间接寻址立即数寻址直接寻址和位寻址。

代码压缩率高，能存储条指令。

运行速度高功耗低体积小工作电压低驱动能力强。

片内集成上电复位电路引脚上拉电路看门狗定时器等，可以最大程度的减少或免用外接器件，开发方便，还节省了电路板空间和制造成本。

单片机能直接驱动液晶显示器跳变中断的输入端口能方便地接收按键输入有多级外部及内部中断可通过程序禁止主晶振振荡而使单片机进入低功耗状态。

这些特征非常适合电池供电液晶显示的便携式智能仪器。

单片机项目选择可以在线调试和在线编程的单片机开发第代电子秤产品。

借助于专门的在线调试工具套件，能实现硬件仿真和程序烧写