引 言

目前，臺式電子秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍，但存在較大的局限性：體積大、成本高、需要工頻交流電源供應(yīng)、攜帶不便、應(yīng)用場所受到制約�，F(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實(shí)現(xiàn)計(jì)量的彈簧秤，居民用戶使用的基本是桿秤。彈簧盤秤制造工藝要求較高，彈簧的疲勞問題無法徹底解決，一旦超過彈簧彈性限度，彈簧秤就會產(chǎn)生很大誤差，以至損壞，影響到稱重的準(zhǔn)確性和可靠性，只是一種暫時(shí)的代用品，也被列入逐漸取消的行列。多年來，人們一直期待測量準(zhǔn)確、攜帶方便、價(jià)格低廉的便攜式電子秤（袖珍電子秤）投放市場。

基于電子秤的現(xiàn)狀，本項(xiàng)目擬研究一種用單片機(jī)控制的高精度智能電子秤設(shè)計(jì)方案。這種高精度智能電子秤體積小、計(jì)量準(zhǔn)確、攜帶方便，集質(zhì)量稱量功能與價(jià)格計(jì)算功能于一體，能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。

本項(xiàng)目研究的便攜式電子秤主要技術(shù)指標(biāo)為：稱量范圍0～15kg；分度值0.01kg；精度等級Ⅲ級；電源DC1.5V（一節(jié)5號電池供電）。主要功能有自檢、去皮、計(jì)價(jià)、累計(jì)、單價(jià)設(shè)定、計(jì)量單位選擇、過載報(bào)警和弱電壓指示等。儀器若不進(jìn)行稱量操作，5分鐘后自動進(jìn)入休眠模式，降低電源消耗。

儀器的測量原理

本文采用電容傳感器進(jìn)行稱重，有別于目前市場上使用的應(yīng)變式稱重傳感器。應(yīng)變式稱重傳感器設(shè)計(jì)成本很高，難以普及，而電容傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)特性好、無接觸測量、分辨力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)和抗干擾力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，最大特點(diǎn)是價(jià)格便宜，但它的主要缺點(diǎn)是電容量一般很小，僅幾十至幾百皮法，甚至只有幾個(gè)皮法，環(huán)境變化將影響電容量發(fā)生變化，因而應(yīng)用受到一定程度的限制。在電子稱重技術(shù)的應(yīng)用中，可將電子線路緊靠傳感器的極板以減小電纜分布電容的影響，利用微處理技術(shù)對電容式傳感器的溫度特性和非線性特性進(jìn)行補(bǔ)償。 本文采用變極距式電容傳感器，它由一對距離可變的平行極板構(gòu)成。兩板以彈性元件相連，當(dāng)向一活動板施加拉力時(shí)，兩極板距離發(fā)生變化，從而改變了平板電容器的電容量。經(jīng)電容-頻率轉(zhuǎn)換電路后，電路輸出頻率與電容成正比。被測物重量與電容量改變成正比，頻率的改變即頻差與在傳感器上所加重物的重量成正比，因而變極距式電容傳感器有良好的線性度。測質(zhì)量時(shí)只須測出電容的變化量。然而，電容值的直接測量非常困難。因此，系統(tǒng)將不易測量的電容變化量轉(zhuǎn)換成易于測量的頻率信號的變化量，并采用高穩(wěn)定參考電容生成參考頻率信號，消除系統(tǒng)誤差，實(shí)現(xiàn)高精度測量。電容－頻率轉(zhuǎn)換框圖如圖1所示。兩路頻率分別送入后級處理電路，經(jīng)過數(shù)據(jù)選擇、帶通濾波傳入單片機(jī)系統(tǒng)。

圖1　電容頻率轉(zhuǎn)換框圖
硬件電路設(shè)計(jì)

儀器的構(gòu)成

本文研究的便攜式電子秤硬件系統(tǒng)由電源、電容傳感器、高穩(wěn)定參考電容、ICM7556定時(shí)器、MAX325多路開關(guān)、PIC16F628單片機(jī)系統(tǒng)、控制鍵盤、LCD顯示等組成。測量系統(tǒng)硬件電路框圖如圖2所示。

 


圖2　儀器結(jié)構(gòu)框圖
PIC16F628的主要功能特點(diǎn)

PIC16F628單片機(jī)是Microchip公司的PIC系列單片機(jī)之一。PIC 8位單片機(jī)系列是該公司推出采用RISC(Reduced Instruction Set Computer)結(jié)構(gòu)的嵌入式控制器，具有執(zhí)行速度高、功耗低、體積小巧、工作電壓低、驅(qū)動能力強(qiáng)、品種豐富等優(yōu)越性能。其總線結(jié)構(gòu)采取數(shù)據(jù)總線和指令線分離獨(dú)立的哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，具有很高的流水處理速度。與同類8位單片機(jī)相比，程序存儲器可節(jié)省一半，指令運(yùn)行速度可以提高4倍左右。此外，PIC系列單片機(jī)集成了一系列外部功能模塊，例如：上電復(fù)位電路、I/O引腳上拉電路、看門狗定時(shí)器等。這樣，在組成系統(tǒng)時(shí)，就可以最大限度的簡化電路、降低成本，提高系統(tǒng)的可靠性。

PIC16F628單片機(jī)具有直接驅(qū)動液晶顯示器的能力。輸入端口具有跳變中斷能力，能方便地接收按鍵輸入，另有多級外部及內(nèi)部中斷，可通過程序禁止主晶振振蕩而使單片機(jī)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，適合用于以電池作能源、需液晶驅(qū)動的應(yīng)用場合。

PIC16F628單片機(jī)的工作電壓范圍為3.0V~5.5V，時(shí)鐘頻率為DC~20MHz，內(nèi)部具有1K 14（位）片內(nèi)程序存儲器，224字節(jié)通用RAM，128字節(jié)EEPROM，15根雙向I/O線和10個(gè)中斷源，并帶有一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TMR1）和一個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TMR0）。

PIC16F628的精簡指令集僅有35條指令，除了地址分支跳轉(zhuǎn)指令（GOTO、CALL）為雙周期指令外，其余皆為單周期指令，執(zhí)行速度可調(diào)范圍寬（DC~200ns），具有8級硬件堆棧，3種尋址方式（直接、間接、相對）。

PIC16F628的15個(gè)I/O口均是獨(dú)立雙向可編程的，并可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管，最大拉電流和灌電流分別為25mA和20mA。TMR0帶有8位可編程預(yù)分頻器，可進(jìn)行1~256分頻。

PIC16F628信息處理單元電路的設(shè)計(jì)

PIC16F62