便攜式電子秤論文
摘 要 本文研究了壹種利用變極距電容式傳感器實現質量-電量轉換、以PIC16F877單片機為信息處理核
心的便攜式電子秤,論述了儀器的測量原理,介紹了減少變極距電容式傳感器質量稱量誤差的自校準方法,給出了
儀器原理框圖、單片機單元硬件電路和儀器程序流程圖。
關鍵詞 電子秤;變極距電容式稱重傳感器;自校準;PIC16F877單片機
0 引言
目前,臺式電子秤在商業銷售中的使用已相當
普遍,但存在較大的局限性:體積大,成本高,需要工
頻交流電源供電,不能隨身攜帶,商販更改不易發
現,應用前景受到制約。現有的便攜秤為桿秤和彈
簧秤,計量誤差較大,屬國家明令淘汰產品。多年來
人們壹直期待測量準確、攜帶方便、價格低廉的便攜
式電子秤(袖珍電子秤)投放市場。為此,本文研究
了壹種利用變極距電容式傳感器實現質量-電量轉
換、以低功耗單片機PIC16F877為信息處理核心的
便攜式電子秤。這種新型電子秤體積小,計量準確,
快速方便,集質量稱量功能與價格計算功能於壹體,
可以滿足貿易商販和家庭使用需要。儀器的最大稱
量為15kg,分度值10g,精度等級Ⅲ級,采用電池供
電,具有自檢、去皮、計價、累計、單價設定、自動休
眠、中文提示等智能功能。
1 儀器的構成與測量原理
1·1 儀器的構成
便攜式電子秤硬件系統由變極距電容式傳感
器、高穩定參考電容、定時器、模擬開關、單片機系
統、鍵盤、LCD顯示器等組成。電源為1節1·5V
(AA)電池,經DC-DC電源變換後成為各電路單元
穩定的5V供電電壓。儀器結構框圖如圖1所示。
圖1 儀器結構框圖
1·2 儀器的測量原理
本文研究的便攜式電子秤采用變極距電容式傳
感器,它的電容量很小,僅幾十至幾百皮法。儀器設
計中,將調理電路緊靠傳感器的極板,盡量減小信號
線分布電容的影響,並利用單片機對電容式傳感器
的溫度特性和非線性特性進行了補償。
變極距電容式傳感器由壹對距離可變的平行極
板構成,其壹固定,其二為活動板,兩板以彈性元件
相連。稱量時,被測試樣向活動板施加拉力,兩極板
距離發生變化,平板電容器的電容量發生相應變化。
此時,活動板的位移與被測試樣的質量成正比:
Δd=aΔm (1)
式中:a為質量與兩極板距離的轉換系數;Δm為被
測試樣的質量。
由於兩極板的面積很大,而它們之間的距離很
小,所以兩極板構成的電容只與極距有關,可以忽略
極板的邊緣效應。兩極板間的電容量為:
C=ε·S/d (2)
式中:ε為極板間介質的介電常數;S為極板的面
積;d為極板間的距離。
質量稱量時,電容極板間距的變化將導致電容
量的變化量。但電容的直接測量非常困難。因此,
系統將不易測量的電容變化量轉換成易於測量的頻
率信號的變化量,並采用高穩定參考電容生成參考
頻率信號,消除系統誤差,實現高精度測量。電容—
頻率轉換框圖如圖2所示。兩路頻率分別送入後級
處理電路,經數據選擇傳入單片機系統。
1·3 儀器的自校準
電容傳感器可以利用參考電容進行測量補