一款基于PIC16F877A单片机的高准确度数字称重系统设计
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摘要: 称重计量技术的应用颇为广泛，遍布于社
会经济的各行各业，在生产过程或贸易结算中，
对称量技术的要求越来越高。而在我国，目前
大多使用的仍为模拟式的电子称重系统，纯数
字式的称重系统由于成本问题，在商业及工业
生产中的应用不为广泛，为了解决现有的模拟
称重系统存在各类误差补偿困难、稳定性和可
靠性低以及难以实现在线监测等诸多问题，且
考虑到纯数字式称重系统的成本，本文设计了
一种基于PIC16F877A 单片机的高准确度远程
数字化称重系统。
&Data Base Technique • 数据库技术
Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程&#
【关键词】数字称重系统 PIC16F877A 单片
称重计量技术的应用颇为广泛，遍布于社
会经济的各行各业，在生产过程或贸易结算中，
对称量技术的要求越来越高。而在我国，目前
大多使用的仍为模拟式的电子称重系统，纯数
字式的称重系统由于成本问题，在商业及工业
生产中的应用不为广泛，为了解决现有的模拟
称重系统存在各类误差补偿困难、稳定性和可
靠性低以及难以实现在线监测等诸多问题，且
考虑到纯数字式称重系统的成本，本文设计了
一种基于PIC16F877A 单片机的高准确度远程
数字化称重系统。
1 系统总体设计
系统主要包括模拟称重传感器部分、数
字化部分、通信接口部分及仪表数据处理部分。
模拟称重传感器的弹性体在外力的作用下，产
生弹性形变，从而使得粘贴在弹性体表面的电
阻应变片产生变形，电阻应变片的电阻随之变
化，经过惠斯顿电桥电路将力的变化转换为电
信号的变化，输出mV 级的信号。该信号经过
放大再进行A/D 转换，然后通过单片机对传
感器数据进行各种补偿修正，包括零点、温度、
灵敏度、非线性、蠕变等补偿，从而使得称重
系统的各项技术指标达到规定的准确度，最后
将补偿完的称重数据信号以RS-232 信号格式
2 基本硬件电路设计
一款基于PIC16F877A 单片机的高准确度数字称重系统设计
文/严建军　秦树伟　李苏明
本文设计了一款高准确
度数字称重系统。该设计利用
PIC16F877A单片机作为微处理器，
在称重数据处理中，应用了混合
滤波算法，提高了称重系统的稳
定性、准确度。测试表明：该称
重系统能够实现多通道称重系统
的数字化处理，并符合OIML R76
中的级衡器的允差要求。
系统处理器采用美国Microchip 公司生产
的PIC16F877A 单片机，其主频为20MHz，内
部集成了8k×14 位Flash 程序存储器和368 字
节数据存储器，并拥有14 个中断源，可以完
全满足本项目的需要。文中设计的称重系统称
量相对误差在0.05% 以内，则数据采集电路要
保证A/D 转换器无噪声分辨率输出在21 位或
以上，综合考虑多通道高精度Σ-Δ 型A/D 转
换器的失调、动态噪声、线性度和温度漂移等
技术指标，选用了24 位多通道高精度A/D 转
换器AD7718。
3 软件设计
系统采用PIC16F877A 单片机作为微处理
器，整个系统采用模块化设计，由主程序、数
据采集、滤波、数据处理、通信及智能称重子
程序等构成。
单片机上电后先初始化，其中包括寄存
器、RAM、串口、定时器及端口的初始化，
然后对RAM、ROM、EEPROM 进行测试，包
括RAM 的读写，ROM 及EEPROM 的测试，
测试不正常则置出错标志。如果测试正常则读
取EEPROM 中的参数到RAM 中，然后读取
AD7718 中出来的A/D 值，随即进行滤波处理，
再判断是否在正常范围之内，如是则进入补偿
程序进行补偿，结果输出到数字化模块的屏幕
端，并将结果按通讯协议通过RS232 总线输
出到上位机，输出同时判断数据是否有效，如
无效则置出出错标志，如果有效则重新读取
A/D 值进行下一个数据的处理。
电子称重系统在称量过程中由于输出的
模拟信号较弱，且称重设备所处环境条件通常
不为理想状态，常伴有各种频率的噪声，尽管
在本设计中，AD7718 承担了部分的针对高频
噪声干扰的滤波功能，但不能排除低频噪声的
干扰，为了更好抑制干扰对A/D 转换结果的
影响，本项目采用了数字滤波的方法。
考虑到PIC16F877A 单片机处理速度和
RAM 空间，本项目采用了移位平均滤波、去
极值平均滤波相结合的混合滤波算法来对A/D
转换值进行滤波处理，该算法的实现过程为：
首先在 RAM 中建立两个长度为N（在本项目
中，考虑到单片机的能力，取N=8）的缓冲区，
一个用来作为备份队列，另外一个用来实现队
列移位。每次采样之前先把备份缓冲区的数据
对应调入移位缓冲区，并丢掉队首数据（最早
进入队列的那个数据），再做一次向前的移位
操作，最后把新采样的数据补充队尾，这样就
保证了能够实现滤波对新的采样值的操作，把
新生成的队列备份。为了更好抑制脉冲干扰，
必须对新的队列排序，剔除新产生队列里的最
大值和最小值，然后求余下 N-2 个值的算术平
均值就为本次采样 A/D 值的滤波结果。当然
为了进一步提高滤波效果，在求余下 N-2 个值
的算术平均值之前也可以在增加一次剔除队列
里的最大值和最小值。
对于称重传感器，由于一般采用全桥的
工业标准，由温度变化引起的应变输出非线性，
在全桥传感器中，己得到补偿。但是，实际使
用中称重传感器不可避免的存在零漂和稳漂等
问题，且其大小在uV 级以上。而这一漂移信
号叠加到实际信号中，就会造成测量误差。故
本文中的补偿子程序主要是指对称重数据进行
零点漂移的处理。零点稳定是影响称重系统准
确度非常重要的因素，传感器的零漂，即零点
漂移，是指当外界温度保持恒定时，传感器未
承受载荷却有一个随时间增加而变化的输出。
零输入信号时，输出可能不为零，为消除这个
零位漂移值，采用零位补偿技术。一般在称重
传感器中，零点温度补偿采用了通过串连在桥
路上的温度系数大的铜丝等来补偿温度带来的
误差，针对本系统的特点，本补偿模块采取了
开机清零：系统启动后自动检测称台是否有物
体，若有就把此时的值保存在RAM 中，每次
获取物体重量之后由系统自动减去作为显示结
果。零位跟踪：在工作状态系统不断监测称重
结果是否小于设定的阈值，若小于说明此时状
态称台空载，现在为零位，显示结果为零。若
工作状态监测称重结果大于设定阈值，操作人
员确认此时称台没有被称重物体，可以在此时
有操作人员按下置零按键手动置零，并把此时
的误差也保存在RAM 中，待以后的称重过程
中在减去这个值。
本项目在实现智能称重功能使用了基于
202 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
数据库技术 • Data Base Technique
RS-232 接口，并编写了基于PC 机的数据处理
软件，来实现数据监控、数据存储、程序设定
及系统维护等功能。
下位机的智能称重即包含了故障诊断功
能，该功能可以通过仪表的自诊断完成，自诊
断主要包含以下几个方面：仪表内部存储器检
查、显示屏检查、通讯接口检查。整个称重系
统部分诊断的主要思路是通过读取下位机的输
出，将下位机的输出和系统设定的参数比较来
判断系统是否有故障。如下位机各传感器AD
码是否有超出范围的输出（是否有超载或欠
载），检查每个传感器的AD 码重量分配关系
是否发生重大变化，是否零点与初始数据发生
相对较大的漂移等，如若有以上情况，系统将
会给出相关的提示，提示使用人员对相关部件
进行检查以维护整个系统的正常工作。
4 实验结果
文中设计的智能数字称重系统， 根据
OIML-R76《非自动衡器》国际建议，该系统
的4 路独立称重误差应都能满足级衡器的
允差要求。故对由4 路独立的模拟信号输入的
该系统进行测试，每个通道的模拟信号由一个
制作完好的秤台中配有的模拟称重传感器产
生，其中ABC 三通道最大秤量为100kg，D
通道最大秤量为1000kg。测试前先对各独立
系统进行1/2 最大秤量及最大秤量两个秤量点
进行标定，然后进行测试，测试数据如表1 所
由表1 可见，该多通道数字称重系统每
通道的结果都满足OIML-R76 中级衡器的
允差要求。
文中设计了一种基于PIC16F877A 单片机
的智能数字称重系统，采用了新的硬件电路设
通道检测项目检测结果最大允差
A(Max=100kg, e=20g) 示值误差0≤m≤500e 0.1e ±0.5e
500e <m≤e ±1.0e
2000e <m≤Max 0.4e ±1.5e
重复性误差1/2 Max 0.0e 1.5e
Max 0.1e 1.5e
B(Max=100kg, e=20g) 示值误差0≤m≤500e 0.0e ±0.5e
500e <m≤2000e -0.3e ±1.0e
2000e <m≤Max 0.3e ±1.5e
重复性误差1/2 Max 0.1e 1.5e
Max 0.1e 1.5e
C(Max=100kg, e=20g) 示值误差0≤m≤500e 0.1e ±0.5e
500e <m≤e ±1.0e
2000e <m≤Max -0.2e ±1.5e
重复性误差1/2 Max 0.1e 1.5e
Max 0.2e 1.5e
D(Max=1000kg,
示值误差0≤m≤500e 0.1e ±0.5e
500e <m≤2000e -0.2e ±1.0e
2000e <m≤Max -0.5e ±1.5e
重复性误差1/2 Max 0.1e 1.5e
Max 0.1e 1.5e
计，与以往产品相比具有更好的综合性能，该
方案已经在宁波精联电子衡器有限公司得到应
用，实验结果表明，该系统测量示值误差及重
复性误差较小，能够满足一定的市场需求。
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宁波市计量测试研究院 浙江省宁波市
315048*优领域
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