1、1摘要：本系统以 MKL26 单片机为控制核心，采用电阻应变片自制称重传感器，加以液晶显示模块、矩阵按键模块、电源模块组成简易电子秤系统。电阻应变片式称重传感器以 BE350-4AA 应变片为敏感元件，采用全桥电路作为转换电路，将电阻应变量转换成电压信号输出，采用差分放大电路对弱电压信号放大，输入到单片机进行 A/D 转换并显示。采用 4*4 矩阵键盘对所称物品单价的输入，并用 TFT1.44 彩屏显示物品单价、重量及金额。升降压模块组成稳电压电源电路。该系统能够数字显示被称物体的重量，称重范围 5.00g500g。重量小于50g，称重误差小于 0.5g；重量在 50g 及以上，称重误差小于
2、1g；可以设置单价（元/ 克），可计算物品金额并实现几种物品金额的累加；具有去皮功能，去皮范围不超过 100g。关键字：MKL26，电阻应变片，差分放大，A/D 转换，去皮21.系统方案设计与论证本系统主要由控制器、称重传感器和液晶显示模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1 方案比较与选择1.1.1 主控芯片方案一：采用 51 系列单片机作为控制器。51 单片机是应用最广泛的 8位单片机之一，广泛应用于工业测控系统之中。它体积小，兼容性强，控制能力强，扩展灵活，使用方便，可以实现简单的控制，价格便宜。但是运行速度很慢，I/0 口的驱动能力弱，功耗比较高，抗干扰能力也不是很强。方案二：采
3、用 MKL26 作为控制器。Kinetis L 系列微控制器吸取了 ARMCorte 系列微控制器的卓越能效和易用性，而且体现了 Kinetis 32 位微控制器优质的性能，多元化的外设，广泛的支持和可扩展性。支持多功率运行模式，支持闪存，内部存储器具有安全保护，模拟外设丰富，具有多位串行接口，稳定性高，操作简单方便。方案三：采用 FPGA 作为系统的控制器。FPGA 运行速度快，管脚多,容易实现大规模系统；内部程序并行运行,有处理更复杂功能的能力；有大量软核,可以方便进行二次开发，使用预建的逻辑块和可重新编程布线资源，用户无需再使用电路试验板或烙铁,就能配置这些芯片来实现自定义硬件功能。设计
4、周期短，灵活，适合用于小批量系统，提高系统的可靠性和集成度。但由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。3方案二稳定性高，价格便宜，易操作，运行速度快，使用方便，能够满足所有功能需求，所以本系统采用方案二。1.1.2 电阻应变片方案一：丝绕式电阻应变片。用电阻丝盘绕电阻片称为丝绕式电阻片，目前广泛使用的有半圆弯头平绕式，这种电阻片多用纸底和纸盖，价格低廉，适于实验室广泛使用。缺点是精度较差，横向效应系数较大。方案二：短接式电阻应变片。这种电阻片的制作比较容易，在一排拉直的电阻丝之间，在预定的标距上用较粗的导线相间地造成短路
5、，这种电阻片有用纸底的，也有用胶底的。短路接式电阻片的优点是几何形状比容易于保证，而且横向效应系数近于零。方案三：箔式电阻应变片。它是在合金箔（康铜箔或镍铬箔）的一面涂胶形成胶底，然后在箔面上用照相腐蚀成形法制成的，所以几何形状和尺寸非常精密，而且由于电阻丝部分是平而薄的矩形截面，所以粘贴牢固，丝的散热性能好，横向效应系数也较低。箔式片能保证尺寸准确、线条均匀，故灵敏系数分散性小。箔式片栅丝截面为矩形，故栅丝周表面积大，因而散热性好。测量输出信号较大、准确性高。方案三测量准确性高，蠕变和机械滞后小，几何形状和性能符合简易电子秤的要求，所以本系统采用方案三，并使用其中综合性能较好的 BE350-
6、4AA应变片。1.1.3 显示模块方案一：采用 OLED 显示屏。具备自发光，不需要背光，不需要光源，对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快等特性。但色彩单一，屏幕较小，分辨率低。方案二：采用 TFT1.44 五轴按键彩屏。TFT 液晶屏每个像素都设有一个半导体开关，每个节点都相对独立，并可以进行连续控制，这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示灰度，所以 TFT 液晶的色彩更逼真。做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息，是目前最好的 LCD 彩色显示设备之一，速度、对比度和亮度大大提高，同时分辨率也达到了很高水平，同时带有五轴按键，方便调节变量。方案二屏幕显示清晰，色彩绚丽
7、，反应速度快，精确性高，控制方便，能够显示汉字、数字，满足显示需要，所以本系统选择方案二。41.2 最终方案主控芯片：MKL26Z256VLL4 单片机称重传感器：BE350-4AA 应变片式自制称重触感器显示模块：TFT1.44 五轴按键液晶屏1.3 系统描述通过上述分析可知，本系统由 MKL26 单片机最小系统板、BE350-4AA 应变片式自制称重触感器、TFT1.44 液晶屏显示模块、键盘按键输入模块、电源模块构成。系统结构框图如图 1 所示，系统实物图如图 2 所示。图 1.系统结构图2.理论分析与计算根据设计要求，针对上述所选方案，进行理论分析及整体电路主要外围元器件参数计算。2.
8、1 应变片应变值分析电源模块MKL26Z256VLL4称重传感器键盘按键液晶显示5应变片贴在以铁质材料制成的悬臂梁上，其应变值为=3*w*(d-a/2-)/E*b*h3其中 w 为悬臂梁承受的力a 为应变片长度b 为悬臂梁宽d 为悬臂梁的有效长度h 为悬臂梁厚度 为悬臂梁端到应变片的距离应变片的型号为 BE350-4AA 电阻值为 350.40.1灵敏系数：2.10 10%, 基本尺寸：长宽=8.24.6（mm）3.电路与程序设计3.1 电路的设计3.1.1 系统总体框图系统总图框图如图 1 所示。3.1.2 MKL26Z256VLL4 最小系统MKL26 以其出众的性能、丰富且灵活的外设、很
9、高的性价比以及令人意外的功耗水准，使其成为智能控制系统一种较好的选择，如图 2 所示。6图 2.MKL26Z256VLL4 最小系统3.1.3 称重传感器3.1.3.1 组成框图电阻应变式称重传感器为敏感元件，全桥电路为转换电路，OP07 作为一级放大电路放大器，采用差动输入。用 T 型网络电路作为二级放大电路，用稳电压电源供电。传感器组成框图如图 3 所示。敏感元件 电桥电路 一级放大电路 单片机二级放大电路电源电路7图 3.传感器组成框图3.1.3.2 电桥电路应变片用电桥作为转化电路并可以起到温度补偿作用，采用全桥电路电压灵敏度最高，如图 4 所示。3.1.3.3 差动放大电路应变式传感
10、器由其检测原理决定了其输出电压较低，因此需要用差动放大电路放大数百倍才能用于 A/D 转换，差动放大电路由一级放大和二级放大电路组成，如图 5 所示。图 4.全桥电路 图 5.差动放大电路3.1.4 液晶显示TFT1.44 液晶屏凭借高速度、高亮度、高对比度的特点成为液晶显示的良好选择，如图 4 所示。8图 6.TFT1.44 液晶屏原理图 图 7.矩阵键盘原理图3.1.5 矩阵键盘用 4*4 矩阵键盘进行对物品单价的输入及去皮功能，如图 7 所示。3.2 程序的设计3.2.1 程序功能描述与设计思路悬挂重物会引起悬臂梁产生微小的形变，应变片检测悬臂梁阻值变化并产生微小的电压波动，经过二级放大
11、，通过 MKL26Z256VLL4 单片机的 A/D 转换功能读取该电压值，经过滤波算法加强称重精度，然后乘以通过实验获得的变化系数，转化为重物重量，通过 TFT1.44 液晶屏显示重量。3.2.2 程序流程图初始化开始9金额累加键 输入金额键是采集应变片电压变化值，滤波计算实际重量显示实际重量检测是否有按键按下去皮键按下显示当前重量 单价 总金额否是10当前重量清零 设置单价图 8.程序流程图4.测试方案与测试结果 4.1 测试条件与仪器测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。 测试仪器：高精度的数字毫伏表，数字万用表，标准法码。4.2 测试结果及分析4.2.1 测试结果输入电压和砝码重量的关系，如表 1 所示表 1实现金额累加
