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摘要：鉴于我国当下市面上的电子秤多为低位单片机核心电子秤，在本文研究中笔者对32位ARM芯片为核心的电子秤展开了具体研究，研究主要涉及了该电子秤的基本结构、电路结构、关键系统部件选用，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键字：电子秤；基本结构；ARM芯片
前言：随着电子科技、测量技术的快速发展，近年来我国测量领域实现了较为长足的进步，先进的智能测量仪器取代传统测量仪器已经成为一种必然，而本文研究电子秤拥有的精度高、功能多、操作简单、体积小、反应快、效率高等优点，便是对智能测量仪器的最好肯定。
1.电子秤结构
1.1基本结构
对于电子秤来说，承载器、重力引入装置、称重传感器、显示器都属于其基本结构组成。
1.1.1承载器
对于电子秤的基本结构承载器来说，我们也可以将其称为秤台，为了保证电子秤性能，在电子秤结构设计中，秤台的大小、刚性、形状、耐损耗性都必须得到重视，这样秤台才能够最大化自身效用发挥。
1.1.2重力引入装置
重力引入装置属于电子秤中较为容易被人忽视的部件，但这一部件在电子秤结构设计中的重要性却不容我们忽视。对于电子秤的重力引入装置来说，这一装置多附属在承载器或称重传感器上，电子秤在称重过程中重力传感器得以获得最佳的作用力点，就必须得到重力引入装置的支持。值得注意的是，为了保证重力引入装置最大化自身效用发挥，很多时候电子秤的重力引入装置还包括附加的杠杆系统。
1.1.3称重传感器
称重传感器本身属于电子秤的核心组成，其本质上属于可以将物体重力转换成可以被传输和接收的电信号的传感器，称重传感器可以具体分为利用弹性体几何尺寸变化、利用弹性体变形时的物理效应两类，关于称重传感器下文中笔者将予以详细论述。
1.1.4显示器
除了上述几方面外，显示器同样属于电子秤基本结构的重要组成，这里的显示器本身属于一个集讯号传输装置，一般来说显示器会与打印功能、锁定器、止动限位器、调水平装置相连接。
1.2电路结构
图1为本文研究电子秤的硬件电路设计总体框图，结合该图我们能够较为直观了解该电子秤的电路结构，这里笔者结合图1对电子秤的电源部分、数据采集模块、LCD显示模块、以太网模块、FLASH存储器、USB HOST接口六部分进行简单介绍。
1.2.1电源部分
对于本文研究的电子秤来说，电源部分属于其结构的核心组成之一，而考虑到本身研究的电子秤属于民用产品，多用于固定超市、农贸市场，因此这一电子秤选择了市电供电方式。在电子秤设计中笔者采用了开关电源，由此实现市电向24V电压和5V电压的转化，5V电压在经过降压芯片转化为3.3V，这样电子秤打印机、微控制器的电源需求就将得以实现较好满足[1]。
1.2.2数据采集模块
对于本文研究的电子秤来说，数据采集模块也是其重要组成部分之一，这一模块主要用于接受传感器传来信号的转化，这一转化的实现需要得到模数转换芯片的支持，本文选择了CS5460C型号的芯片，这样就能够将转化后的数据传送至微控制器并进行处理。
1.2.3LCD显示模块
显示部分可以称得上是电子秤的核心组成，而本文进行的电子秤研究选择了LCD显示屏作为电子秤显示部分，这一LCD显示屏主要负责各类测量数据的显示。之所以本文没有选择传统电子秤应用较多的数码管显示屏，主要是由于数码管显示屏存在着发热量高、工作不稳定、显示不清楚等缺点，而LCD显示屏则不具备这些缺点。为了保证LCD显示屏较好为本文研究电子秤提供服务，其选用了AT89C52微控制器、HT1621显示驱动芯片，并通过RS-232接口与微处理器进行通讯连接。
1.2.4以太网模块
上文中笔者提到LCD模块通过RS-232接口与微处理器进行通讯连接，但由于RS-232接口本身具备传送距离短、传输速度慢、不稳定等缺点，本文研究的电子秤配备了以太网模块，而这一模块所发挥的上位机通讯功能配合网络芯片，就能够较好化解RS-232接口存在的不足。
1.2.5FLASH存储器
对于本文研究的电子秤来说，FLASH存储器也是其重要构成，其主要用于商品名称、商品代码、价格等数据的存储，为了保证FLASH存储器性能，本文研究的电子秤采用了外部FLASH存储芯片AT45DB081D。
1.2.6USB HOST接口
对于本文研究的电子秤来说，USB HOST接口也是其必备构成，这一接口主要负责数据的读取与备份，不同于传统电子秤必须连接计算机才能够实现数据的读取与备份，本文研究的电子秤在USB HOST接口支持下实现了Android系统手机的数据读取与备份。
2.重要系统部件选择
结合上文内容我们对本文研究的电子秤基本结构产生了较为深入的了解，而为了能够更为深入完成本文研究，笔者还将在下文中就该电子秤的重要系统部件选择展开具体分析，这一分析主要围绕称重传感器的选择、微控制器选型两部分展开。
2.1称重传感器的选择
称重传感器可以称得上是电子秤的核心组成，而在笔者的实际调查中发现，我国当下主要存在着电阻应变片式传感器、电容式压力传感器、振动式传感器、陀螺仪式传感器四类常见的称重传感器，而结合本文研究电子秤的民用特性与各类称重传感器的特点，本文最终选择了电阻应变片式传感器作为电子秤称重传感器[2]。
对于电阻应变片式传感器来说，电阻应变片机械形变造成的阻值发生是这一称重传感器的工作原理，结合这一工作原理我们能够认识到电阻应变片对于电阻应变片式传感器的重要性。电阻应变片式传感器本身具备着抗干扰能力较差、输出信号微弱的问题，但考虑到本文电子秤为民用，且这一称重传感器还具备着可靠性高、价格低廉、品种多样、结构简单、精度高、测量范围广等优点，笔者最终得以选择电阻应变片式传感器作为电子秤的称重传感器。
2.2微控制器选型
对于本文研究电子秤的微控制器来说，其主要负责与AD芯片、以太网控制模块芯片、LCD显示屏电路板微控制器芯片进行数据交换，此外读写FLASH存储器、接收键盘键码信息、与RS-232接口通讯等同样属于微控制器的工作范畴，结合图1所示我们不难发现，微控制器本身属于电子秤的大脑，而考虑到电子秤需求，笔者首先确定了ARM构架的微控制器选型范畴。
在本文研究电子秤进行的微控制器选型中，笔者结合了电子秤需求、芯片处理可靠性与速度、成本等角度进行了分析，最终选择了Cortex-M3内核构架的ARM器件，这一选择主要是由于Cortex-M3内核构架的ARM器件相较于普通ARM微控制器存在着功耗低、实时性好、性能强、低成本、具备优秀开发工具、拥有三种睡眠模式、支持多种调试组件、处理速度较快等优点所致。值得注意的是，考虑到不同厂家生产的ARM微控制器往往存在着不同配置，为此ARM微控制器的外中断数目、优先级等内容也需要受到重视，因此本文最终选择了NXP公司生产的LPC1700系列Cortex-M3微控制器，具体型号为LPC1766。
结论：通过本文研究可以发现，电子秤设计中称重传感器、微控制器、主要芯片的选型，直接关系着电子秤性能。在此基础上，结合电子秤需求，就能够在电子秤设计中较好保证其性能。因此，在电子秤具体设计中，笔者建议参考本文的思路与具体系统部件选择。
参考文献：
[1]罗及红.一种高精度的电子秤设计[J].计算机测量与控制,2010,08:1955-1958.
[2]张争刚,熊刚.基于单片机的多功能电子秤设计[J].机械与电子,2016,11:58-61.
论文作者:姜正盛
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/1
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