智能型、大量程、精密电子天平设计

　　1 引言

　　随着电子技术和微电脑技术迅速发展，并且应用到天平领域，出现了电子天平。从上世纪七十年代末期世界上出现第一台电子天平起，短短三十几年中，发展出了各种规格、门类齐全的系列电子天平，广泛应用于各行各业质量计量。

　　电子天平具有机械天平无法比拟的优点。它能够数字显示、直接读数、快速称量、操作简便、抗干扰能力强，并采用了微机技术使得智能化、多功能，可与打印机、计算机相联机进行在线测量，使数据统计分析等成为可能，因此应用范围越来越广泛。

　　我国电子天平发展，紧随国际发达国家之后，于上世纪八十年代初期开始，虽然现在某些方面(如克级或公斤级中小秤量电子天平) 已初步形成规模化生产并广泛应用到国内各领域，但做为用于检定吨级大砝码的智能型、大量程、精密电子天平的研制生产在国内还属于起步阶段。

　　本设计项目是用于检定 1 吨标准大砝码的智能型、大量程、精密电子天平。它既可以作为检定吨级大砝码的计量标准装置，又能够广泛应用于工农业、学校、科研等单位，作为物质大质量精密测试的计量器具。

　　2 电子天平的主要技术指标

　　最大秤量：1t;

　　最小秤量：100g;

　　过载：120%;

　　最小分度值：5g;

　　最大分度数：200000。

　　3 硬件设计

　　本系统由 MCU、高精度传感器、LED 显示器、键盘输入、高精度数字变送器和电源等六部分组成。其组成结构原理如图 1 所示，电子天平的电路原理如图 2 所示。

　　3.1 MCU

　　MCU 是英文 Microsoft Control Unit 的缩写，中文意思是“微处理控制单元”，它是智能型、大量程、精密电子天平的大脑和指挥中心。本系统中采用的 MCU 是处于业界领先水平的美国 SiliconLaboratories 公司生产的 C8051 系列产品，该产品具有功能结构成熟、速度快(时钟周期 48MHZ)、抗干扰能力强、运行稳定可靠等优点。

　　3.2 传感器

　　称重传感器是电子天平的心脏，其作用是将被测物体的重量转换成相应的电信号。本系统采用 3 只进口高精度剪切梁式传感器，每只传感器最大量程 500Kg，与其他高精度电子天平不同的是本系统没有采用杠杆受力，而是采用传感器直接受力的秤台结构，这样做有效地增强了秤台在移动位置后的准确性，避免了杠杆系统在移动后需要重新标定的问题。这 3 只传感器分别独立连接 3只数字变送器，从根本上将模拟信号进行隔离，保证称重数据的精度和准确性。