专利名称：晶体谐振式小型数显电子秤的制作方法
技术领域：
本发明涉及称量技术中的以应用可产生弹性形变的元件为特征的称量仪器，具体地说，其中的称量部件是当称量时处于受压力或张力作用的具有压电性质的固体形式。
电子秤是应用电子技术的一种衡器，现行的商用电子衡器基本由以下部分组成秤体、称重传感器、信号处理电路、电源等。其中的称重传感器基本上都采用电阻应变式传感器，配以剪切梁式结构；信号处理电路以电桥为基本电路，通过A/D变换器，转换成数字信号，再进行校正、处理和显示。这些现有的采用电阻应变式传感器的电子秤，因传感器的体积大，配套电路耗电多，自身重量大，使用不便，更难以做成便携式产品。
本发明的目的是提供一种体积小、重量轻、耗电低、使用方便的晶体谐振式小型数显电子秤。
本发明的技术解决方案是一种晶体谐振式小型数显电子秤，有秤体，秤体上有键盘，其与现有技术的不同之处在于秤体中有一个压电石英晶体片力传感器，压电石英晶体片力传感器与主振荡器相连，一个参考振荡器与主振荡器共同接混频器，混频器输出接一个低通滤波器，低通滤波器再与一个单片微控制器相连，前述键盘也与单片微控制器相接，单片微控制器还接有数字显示器，一个电源与上述各电路相接。
本发明中所述的数字显示器采用LCD液晶显示器。当然，也可以采用其他合适的数字显示器。但以液晶的为佳，因为其有省电、耐用等优点。
本发明中所述的参考振荡器接有与前述压电石英晶体片力传感器中的石英晶体片相同类型和温度特征的石英晶体片。
本发明中所述的单片微控制器还接有温度检测元件。所述温度检测元件采用热敏电阻与另一个电阻分压接单片微控制器的结构形式。当然，也可以采用其他合适的可进行温度补偿、检测的元件及合适的结构形式。
本发明中所述的单片微控制器还接有灵敏度设置开关。当然，也可以采用其他合适的可根据力传感元件的离散性对秤的灵敏度进行调整的结构形式。
本发明的优点是由于采用了压电石英晶体片作为力传感元件及采用了单片微控制器技术，使电子秤的体积减小、耗电降低，从晶振传感振荡器到差频输出的信号送至单片微控制器接口，耗电为6mW(3V、2mA)左右，而现有的应变电阻传感器、检测电桥、A/D等电路，耗电通常为300mW(10V、30mA)，功耗只有原为的1/50。另外由于采用了相同类型的参考晶体和力传感晶体，使零点漂移在0.3个分度以内，使用温度检测补偿应变灵敏度的温度系数，使由于应变灵敏度引起的测量漂移小于0.5个分度(-10—40℃)。称量的精确度极高。由于采用了单片微控制器，在称量的基础上还增加了计算和温度测量显示等功能，功能增多增强。由于结构上的小巧，可十分方便地制成便携式，方便了使用。当然，本发明也可以制成台式等秤。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明
图1为本发明的一种谐振式小型数显电子秤的原理框图。
图2为本发明中可采用的电路中的单片机部分的电原理图。
图3为本发明可采用电路中的传感电路部分的电原理图。
图4为本发明可采用传感机构的结构示意图。
附图描述了本发明的工作原理。在秤体中有一个压电石英晶体片力传感器CRY2，其中的压电石英晶体片作为承力敏感元件，当通过力的承载机构将力传递至上述压电石英晶体片时，晶体振荡器的谐振频率将发生变化，频率的变化值与力的量值成较准确的正比关系。压电石英晶体片力传感器CRY2与主振荡器3相连，产生振荡输出连接至混频器5，另有一个参考晶体CRY1与参考振荡器4相连，其产生的振荡输出连接至混频器5的另一个输入端，参考晶体CRY1采用与前述压电石英晶体片力传感器CRY2中相同类型和温度特性的压电石英晶体片，以克服温度引起频差变化而造成秤的零点漂移。混频器5的输出经低通滤波器6滤波输出，取出力传感晶振频率f0与参考晶振频率f1的差频(f0—f1)，再送单片微控制器U1进行频率测量，根据频率变化值与力的量值的准确对应关系得出称量值，并经与之相连的LCD液晶显示器显示出即时称量值。
本发明中还使用一只热敏电阻RTC对温度进行检测，由于热敏电阻RTC的阻值，随着温度的变化而变化，热敏电阻RTC与另一电阻R21的分压值送至单片微控制器U1的A/D输入端作温度值的数字检测，一方面可直接用以检测温度，并可由前述LCD液晶显示器显示出来，另一方面，根据检测到的温度值对力传感元件的力灵敏度系数作温度补偿。
为了在生产中能方便地根据传感元件参数的离散性对秤的灵敏度进行调整，采用了数字设定方法，加上了一个灵敏度设置开关11，即对单片微控制器U1的输入端口进行电平设置，单片微控制器U1根据端口输入的二进制码值，决定其灵敏度值，保证秤的准确性，同时也防止用户私自调整灵敏度。
本发明中还加有键盘8，以进行计算输入，起到计算器的功用。当然，在合适情况下，作为另一种实施方式，可不采用该键盘。但必然缺少一个常用功能，性能上会受到影响。
本发明由于耗电小，可采用干电池作电源，当然，要加上稳压等电路，构成电源电路13，以便单片微控制器等能得到稳定精确的电能供给。作为另一种实施方式，也可换上或再加上市电供电电路。以尽可能地延长干电池的使用寿命及方便灵活地使用。
图2描述了本发明中可采用的电路中的单片机部分的具体电路。其中的U1为具有直接驱动LCD能力的单片微控制器(如L1)，其有A/D转换功能，对电路各部件进行相应的操作。单片微控制器U1的显示驱动端口与LCD显示器(LCD4＊16)连接，实现7位显示驱动。键盘的按键输入采用动态扫描方式，PA0—PA2、PD2、PD3为扫描输出线，PA3—PA7为扫描输入线。电阻R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15与微控制器的端口B相连，对单片微控制器的输入端口进行电平设置，单片微控制器根据端口输入的值，决定其灵敏度值，以保证秤的准确度。热敏电阻RTC的阻值随温度变化而变化，热敏电阻RTC与电阻R21的分压值送单片微控制器的A/D输人端口作温度值的数字检测。上述电路中还包括压电石英晶体片CRY1、电容C1、C2、C4、C5、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R16、R7、R17、R18、R19、R20等元件。
图3描述了本发明中可采用的电路中的传感电路部分的具体电路。其中压电石英晶体片CRY2与电容C33、C34、电阻R32、R36组成主振荡电路，其产生的振荡输出连接至集成电路U32(CD4011)组成的混频器的输入端，压电石英晶体片CRY1与电容C31、C32、电阻R31、R33组成参考振荡电路，其输出连接至混频器的另一个输入端，混频器的输出经电阻R33、R34、电容C35、C36组成的低通滤波器输出后、再由集成电路U31(CD4069)倒相器输出送前述单片微控制器进行频率测量。上述电路中还包括电容C37、C38、C39、电阻R37、R38、R39、R40、R41、干电池B1、二极管D31、D32等元件。
本发明中的电源采用干电池作电源，加上电阻R38及二极管D31、D32两个稳压管组成的稳压电路，以使单片微控制器等能得到稳定的电能供给。
图4描述了本发明可采用传感机构。其有一个绝缘材料制成的支承梁41、支承梁41被一条缝隙42分成上下两部分(当然，合适情况下也可为左右两部分)，但上下两部分在一端仍是相连的；在不相连的另一端有一个压电石英晶体片腔43，腔43中装有压电石英晶体片CRY2，压电石英晶体片CRY2上有连接线与其相关元件相连；一根承力杆44的一端固定于支承梁41的上面一部分上，并穿过包括前述缝隙42在内的支承梁的上下两部分，承力杆44下端通过传力件45接有秤钩46。在实际使用时，在秤钩46上重物作用下，承力杆44将支承梁41的上下两部分拉紧，使得压电石英晶体片CRY2受力产生传感信号，并通过单片微控制器等得出称量数据。
本发明如果制成台秤等形式时，秤钩等可以合适的传力和承力结构所替代，以适应相应的秤的整体结构形式。
权利要求
1.一种晶体谐振式小型数显电子秤，有秤体，秤体上有键盘，其特征在于秤体中有一个压电石英晶体片力传感器，压电石英晶体片力传感器与主振荡器相连，一个参考振荡器与主振荡器共同接混频器，混频器输出接一个低通滤波器，低通滤波器再与一个单片微控制器相连，前述键盘也与单片微控制器相接，单片微控制器还接有数字显示器，一个电源与上述各电路相接。
2.根据权利要求1所述的晶体谐振式小型数显电子秤，其特征在于所述数字显示器采用LCD液晶显示器。
3.根据权利要求1或2所述的晶体谐振式小型数显电子秤，其特征在于所述参考振荡器接有与前述压电石英晶体片力传感器中的石英晶体片相同类型和温度特征的石英晶体片。
4.根据权利要求1或2所述的晶体谐振式小型数显电子秤，其特征在于所述单片微控制器还接有温度检测元件。
5.根据权利要求4所述的晶体谐振式小型数显电子秤，其特征在于所述温度检测元件采用热敏电阻与另一个电阻分压接单片微控制器的结构。
6.根据权利要求1或2所述的晶体谐振式小型数显电子秤，其特征在于所述单片微控制器还接有灵敏度设置开关。
7.根据权利要求1或2所述的晶体谐振式小型数显电子秤，其特征在于所述电源采用干电池供电电路。
8.根据权利要求1或2所述的晶体谐振式小型数显电子秤，其特征在于所述传感器中有一个绝缘材料制作的支承梁，支承梁被一缝隙分成上下两部分，但上下两部分在一端仍相连；在另一端有一个压电石英晶体片腔，腔中装有压电石英晶体片，压电石英晶体片有连接线；一根承力杆的一端固定于支承梁的上面一部分上，并穿过包括前述缝隙在内的支承梁的上下两部分，承力杆下端接有秤钩。
全文摘要
本发明公开了一种晶体谐振式小型数显电子秤，有秤体，秤体上有键盘，其与现有技术的不同点秤体中有一个压电石英晶体片力传感器，压电石英晶体力传感器与主振荡器相连，一个参考振荡器与主振荡器共同接混频器，混频器输出接一个低通滤波器，低通滤波器再与一个单片微控制器相连，前述键盘也与单片微控制器相接，单片微控制器还接有数字显示器，一个电源与上述各电路相接。优点体积小、耗电低、功能多，使用方便，称量精确。
文档编号G01G3/13GK1115846SQ95111139
公开日1996年1月31日 申请日期1995年7月27日 优先权日1995年5月2日
发明者武汉美 申请人:武汉美