浅谈电子秤的工作原理和设计流程

摘 要：电子秤在日用超市和零售行业运用较为普遍，具有简单便携的承重、计价和显示功能，属于电子衡器的概念范畴。本文重点讨论了电子秤的工作原理和设计流程，包括对其中所运用的计算机技术、电子信息技术和数字通信技术进行系统理论说明。

关键词：电子秤；工作原理；设计流程

称重器具自古以来就是与社会生活息息相关的实用性工具，从广为熟知的杠杆秤砣到如今的智能电子秤，无论是测量精度还是人工操作上，都有了极大的优化，这其中离不开计算机技术、电子信息技术和数字通信技术的迅猛发展，同时也是科技改变生活的集中体现。

1 电子秤的基础理论概述

电子秤的研究设计及应用基于电子衡器理论诞生之后，我国的电子衡器的起源要追溯到20世纪50年代，当时主要采用的电子信息组件是称重传感器，在工业逐渐兴起的时代契机下，各行各业都希望让原本机械化的衡器操作逐渐向自动化方向发展，以节省大量的人工成本，随后电子衡器在实际交易过程中逐渐被精化细化，在设计过程中加入电子传感器、单片机、转换器、信息处理芯片等现代电子信息理论的内容，直至现在市场上功能全面的电子秤的出现。

电子秤在结构组成上主要分为3部分，其一是承重、传力复位系统；其二是称重传感器；其三是测量显示和数据输出的载荷测量装置。通俗来讲，承重、传力复位系统就是电子秤外观上秤盘的部分，其主要功能是联合转换元件，对被称物体进行重力传输，具体配置有承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。称重传感器也是一种转换元件，但是它是将非电量转换成电量的过程，其中非电量就是秤盘上物体的重量，一般通过磁弹性效应或压电、压阻效应产生信号，送往下一部位进行处理。最后的测量显示和数据输出的载荷测量装置就是处理上一部位传送过来的信号的中枢机构，往往是以电子线路的形式组成，利用的技术是微电子信息处理技术，进行前置放大、过滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等功能。当然，如今的电子秤越来越智能化，出现了去皮承重、金额累计和超限报警等功能，但其实质上只是在原来基础机构上增加了更为复杂的电子处理器后的效果。

2 电子秤的工作原理分析

从上述对电子秤基本理论的概述中，其实不难分析出其工作原理，电子秤在电子信息设备中，也是属于工作原理较为简单的一种。我们通常在电子秤上放入被称物体，被称物体因为自身重力产生秤盘所受的压力，而秤盘及其周边部件实际就是一个承重、传力复位系统，可以将压力以仪表测量的方式转换成电压信号，其基本原理是压电、压阻效应，随后就是通过前端信号处理电路进行准确的线性放大，信号放大的主要作用就是减少误差，被放大的电压信号会经过A/D转换电路，这个电路的主要作用是将非电量信号转换成电量信号，最后经过整个电子系统的主控部件——单片机，单片机是具备数据处理和运算的独立单元，可以将接收的信息编译成驱动程序的代码，来实现数据显示、超限报警和自动计价等诸多功能，这就是具有普适性的市场上电子秤内部工作原理。

3 电子秤的设计流程简介

电子秤的设计流程细致地划分有五步，第一步是总体方案的提出和设定，第二部是硬件选型，第三步是硬件设计，第四步是软件设计，最后一步是系统调试。

总体方案的设定过程中，需要对所设计的产品进行清晰的功能定位，然后绘制系统工作的流程图，一般同样的功能有多种设计方法，最后根据可行性判断来确定最适合的方案。笔者通过阅读多种电子秤的设计方案，发现存在一定的共性，那就是所有方案中基本都会有数据采集、单片机和数码显示这3部分。当然，在此基础上，部分方案中添加键盘输入的设计，用来实现电子秤的计价功能，还有的方案中添加LCD显示、键盘控制和超限报警等，也是为了实现不同的功能。笔者认为，好的方案设计不在于功能多强大，而在于实际生产的低成本、实际操作的简便性和实际应用的人性化，这样生产出来的产品才会有用武之地，以至可以得到很好的推广效果。

硬件选型是紧跟着方案设定的第二步，电子秤的主要硬件是单片机、传感器、A/D转换器等，这些硬件的选择一定要符合方案设定的要求，同时也要符合实际应用的需要。比如单片机，相当于电子秤的“大脑”，在选型上需重视不同型号对计算机技术和测量控制技术有机结合的难易程度，再比如传感器，常见的选择是电阻应变式，原因是其成本比较低，具有很高的精度和很好的稳定性，现有的工艺条件也能满足，其他硬件的选择也是类似这个道理。

硬件设计是在硬件选型完成的基础上，对硬件与电路进行搭建的过程。比如用典型的桥式电路搭配称重传感器，来实现重力信号转换成电压信号的过程，接着在单片机之前搭配 A/D转换电路，将模拟信号转换成数字信号，进入单片机控制电路。当然，还有其他的键盘电路和显示电路等。

电子秤的软件设计是利用C语言代码使整个系统进行模块化运作的过程，具体的代码较为复杂，且不同电子秤代码都不一样。我们姑且从设计思路上进行简要介绍，首先是通电启动，系统进行初始化，接着放入被称物品，如果有重量感应即进行下一步，反之继续初始化，具有重量感应的下一步是显示重量，接着通过人工键盘输入单价，随后自动进行内部运算，显示最后的总价。

最后的系统调试阶段，是总结反馈和查漏补缺的过程，因为电子秤的原理和设计过程相对简单，所以一般在系统调试的时候，发生程序错误的概率较小，往往设计者只是对外观和反应速度进行观察，当然，如果发生程序错误，还是得仔细分析原因，寻求改正。

4 结语

目前，电子秤逐渐从市场交易工具向家居用品行业发展，比如很多减肥者经常使用的微型体重秤，其实质上是电子秤在量程、外观和智能化方向上的改进，这也是电子科技高速发展的体现，同时也预示着电子秤技术的应用范围是开放的，有很多研究创新的潜力，值得广大专业人士踊跃尝试。

参考文献

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[2]唐立军.防作弊高精度电子秤研究[D].湖南大学，2011.

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（作者单位：长江大学电信学院）