基于虛擬儀器技術的多功能電子 秤，結合了虛擬儀器、數據采集和傳 感器技術，主要使用LabVEW為軟件 開發平臺，采用PC機為主機，加上硬 件(傳感器、數據采集卡和信號調整 電路）的配置，實現了電子秤的智能 化。具有成本低、精度高、擴展性強的 特點。

0.引言

虛擬儀器技術是現代計算機技術與 儀器技術深層結合的產物，是一種充分 利用計算機的運算、存儲、回放顯示及文 件管理等智能化功能的技術，同時把傳統 儀器的專業功能和面板控件軟件化，使 之與計算機結合構成一臺功能完全與傳 統臺式儀器相同，同時又充分利用了計算 機軟硬件資源的全新的虛擬儀器系統。與 傳統儀器相比，虛擬儀器的最大特點是其 功能由軟件定義，可以由用戶根據應用需 要進行軟件的編寫，選擇不同的應用軟件 就可以形成不同的虛擬儀器。本文介紹基 于虛擬儀器技術的多功能電子秤設計，其 基本原理是先將應變橋所采集到的電壓 數據進行放大，再通過數據采集卡發送 到PC機，再基于PC機的上層應用軟件 LabVIEW進行數據處理及顯示操作界面 的設計。本系統可實現物體質量的精確測 量，其精確精度可精確到小數點后4位， 測量范圍為0-200g。

系統由硬件電路和軟件兩部分組成， 其中，硬件部分包括雙孔懸臂應變梁傳感 器、數據采集卡(NI USB- 6251)、儀器運算

放大器AD620(用于信號調整電路）和PC 機;軟件部分包括LabVIEW編寫數據處 理和用戶數據顯示界面。系統中數據采集 及處理的過程如圖1所示：數據采集卡先 對電壓數據進行采集，然后送至PC機，在 PC機上使用LabVIEW編寫好的程序對 數據進行處理和顯示，構成基于虛擬儀器 技術的多功能電子秤。

2.硬件設計

硬件設計主要包括信號調整電路的 設計和傳感器的選擇兩個部分。

2. 1信號調整電路

信號調整電路對信號進行放大處理 時需要考慮高精度、低失調電壓和低失調 漂移，所以選擇AD620儀器運算放大器。 AD620儀器運算放大器由傳統的三個普 通運算放大器發展而成，但一些主要性 能卻優于三個普通運算放大器構成的儀 表放大器的設計，不僅具有高精度（最大 非線性度40 ppm)、低失調電壓（最大50 (i V)和低失調漂移（最大0.6 (i V/ C) 特性，并且設計體積小，功耗非常低（最 大供電電流僅1.3 mA),因而也適用于低 電壓、低功耗的應用場合。信號調整電路 如圖2所示。

AD620増益公式如下：

G=49.4k Q/RG+1 (1)

2. 2 雙孔懸臂應變梁 雙孔懸臂梁式稱重傳感器是電子計

價秤中廣泛使用的傳感器。這種傳感器 的彈性體具有上下兩個平行梁。它的最大 特點就是具有抗偏載的力學特性:也就是 說彈性體的應變量只取決于作用在彈 性體平面內且與軸線相垂直的力分量，而 與其他分量無關。

如圖3(左)所示，對于雙孔結構，應變 梁在力的作用下，R1、R2、R3、R4各電 阻應變情況分別為+ ^*、- ￡ +6?、- ￡ ;為力P產生的應變，在各貼片處f的數 值相同其中” +”表示拉應變，' ”表示壓 應變。

本實驗所用的應變梁中，R1、R2串 聯、對應上表面三根引出線，R3、R4串聯， 對應下表面三根引出線。如圖（(右)所示。

3.軟件部分

軟件設計主要是基于LabVIEW語言 進行編程實現。LabVIEW (Laboratory Virt ual Instrument Engineering Workbench)與 C 和Basic類似也是一種通用的編程系統， 使用一種用圖標代替文本行創建應用程 序的圖形化編程語言又稱為“G語言”。優 點：1、提供很多外觀與傳統儀器(如示波 器、萬用表)類似的控件，可用來方便地創 建用戶界面，用戶可以根據自己的需要定 義和制造各種儀器，利用計算機強大的數 據處理功能，創造出各種功能的儀器。2、 每一個模塊都相對獨立，可以獨立地進行 設計，研制，調試以及修改，從而是復雜的 工作得到簡化。

軟件部分包括程序框圖設計和前面 板設計。

3.1LabVIEW程序框圖設計

本系統的程序框圖分為兩個部分：數 據采集子程序和數據處理子程序。

數據采集子程序框圖如圖4所示，， 它負責對被測物體的質量進行采集然后 以電壓形式輸送到PC機的程序。在while 循環里，利用順序結構完成數據采集的初 始化、開始、寫入、讀取以及停止，從而實 現石去碼對于傳感器所產生電壓讀取的功 能。具體是對輸入電壓初始化，創建模擬 輸出通道AO通道和模擬輸入通道AI通道，設置單通道單采樣的寫入通道以及設 置模擬波形1通道N來采樣，最終停止數 字輸出任務，清除通道。在采集好vout數 據之后，需要把采集的電壓數據轉化為初 始質量。

利用傳感器的公式，可得電壓轉化為 質量的公式如下：

經過多次實驗的測量，m-v初始系 數7.9035E- 7，再根據公式(2)求得初始質量。

由公式(2)可看出，mv系數的大小 直接影響到質量的精準度，所以需要在后 續數據處理實驗中把初始質量與理論質 量相比較，對m-v初始系數進行不斷地微調，使測得的質量接近理論值。

數據處理子程序框圖(a) ((b)如圖5 所示，這段程序主要實現對于初始質量的 微調功能。其基本原理是：將初始質量與 理論值相比，如果差值絕對值大于0.1，則 將初始m- v系數7.9035E- 7相加3.6E-8, 得到新的mv系數，由公式2可得到m-v 系數微調之后的質量，再循環比較，不斷 微調m- v系數，使最終m- v系數微調之 后的質量與理論值的誤差小于0.1，輸出 結果。

3.2LabVIEW前面板設計

連接好PC后打開系統LabVIEW程序，進入前面板的用戶操作界面，配置好 正確的AO，AO通道及Vout通道，打開圖像可顯示50g砝碼的實際質量，實現多 組數據的測量。實驗結束后，如果有需要， 也可把實驗數據導入Excel,制作成圖像 進行進一步分析，實現電子秤的多功能。

實驗結果表明：系統實現了對質量信 號的精確采集，通過前面板我們能非常直 觀的看到當前所測的物體質量并且可以 看出誤差較小，可精確到小數點后4位， 點擊stop按鈕即可退出系統。本系統實現 了對質量進行精確測量的電子秤功能。

4.結論

利用虛擬儀器技術實現了智能電子秤功能，具有測量精確，實時性強等優點， 該系統的擴展性極強，下一步將擴展其功 能，如遠程測量、用戶登錄等，該電子秤可 用于醫院藥劑稱量，實驗室精密測量等測 控領域。