电子天平硬件系统的任务是驱动并获取DETF传感器输出频率信号，对其进行精确测频并转换为对应重量值; 设计用户接口模块，如按键、显示
屏实现重量值的显示与天平功能的操作; 设计各类系统接口，如USB 接口、UAＲT 串口等，用于实现与上位机的通信与信息管理。基于以上要求，本文采用具备较强功能内嵌计数器模块的AＲM Cortex 控制内核的STM32F103ＲBT6 单片机为控制核心，该单片机功能较强，价格合理，采用QFP64 封装形式易于焊接安装，并方便进行各类接口与功能扩展。
32 位AＲM CortexTM － M3 CPU 内核的高性能STM32F103ＲBT6 微控制器片内具有128 KBFLASH 存储器与20 KB SＲAM 空间、4 个增强型定
时器、多个增强型I /O 口与通信接口，其片上硬件资源丰富，程序与内存空间丰富，并可提供大多数的通用接口，STM32F103ＲBT6 的这些特性，使得由其所构建的智能仪器硬件得到极大简化。为实现对电子天平的远程控制、数据设置与组网管理，本系统利用STM32F103ＲBT6 内部接口资源设计了UAＲT、USB、CAN 等接口，利用网络接口芯片进行了以太网接口设计使得电子天平可以方便成为个在线输入设备。系统利用片上I /O 口直接进行了键盘与LCD 显示屏驱动设计。
在电源设计与信号采集时则充分考虑使用现场的复杂性干扰性，进行了诸如为各工作模块配备独立电源、外接光耦隔离、核心控制模块抗电磁干扰等针对性设计。系统设计了个DEFT 传感器驱动与信号采集电路，该电路用于获取音叉谐振频率输出，DETF 谐振信号经放大整形后输出的是矩形波，可以直接与单片机相连，易于测频。本文作者利用STM32 单片机内嵌的高性能AＲM 核计数器进行测频，待测信号经个可预设分频数的分频模块后其下降边沿用作计数启停信号，计数基准脉冲则采用频率较高的控制器系统时钟，可以充分提高测频精度。T1、T2 引脚连接双端固定音叉臂上面的压电片，并与运放电路形成个闭环的谐振电路，该电路输出的正弦波形经放大整形转换为矩形波送入单片机用作测频启停信号源，该谐振电路无需外部激励信号，避免了外部激励信号对谐振频率的影响。
3 电子天平软件设计
电子天平系统软件设计包括电子天平下位机功能实现，以及上位机程序设计。随着称重应用的不断扩展，智能控制系统或网络系统对电子天平数
据获取的服务越来越多，上位机程序设计的主要任务即是通过UAＲT 串口、USB 接口、CAN 接口或网络接口，实时获取电子天平称重数据。
电子天平下位机功能实现主要为重量测定与显示、各类天平功能操作，以及对上位机提供数据支撑服务。高精度电子天平在测重时应充分考虑
数字滤波、线性化纠正、漂移补偿、超重判断等处理; 各类天平功能主要包括皮重扣除、单位换、计数功能等; 上位机数据支撑主要提供各类接口的数据上传与设置及指令接收等功能。电子天平下位机程序流程图如图4 所示。系统通过定时中断定时启动测频进程，设置定时器进行测频计数处理，待测频计数结束后启动数据处理进程，进行数字滤波等各类操作，并保存重量数据供其他任务使用。
4 数字滤波处理算法
在高测量精度要求的电子天平里，由于各类噪声及系统自身的不确定性等原因，直接采用传感器输出信号经模数转换所获得的重量内码般难于达到测量精度要求。DETF 天平在实际测量时，会受到自身系统噪声、随机噪声与粗大噪声的影响，其中系统噪声与随机噪声般呈正态分布，具体表现为在重复称量同物体时其示值误差呈正态分布规律。粗大误差般是由于受到环境突然性影响所导致的，比较典型的有周期性外部干扰源、短持续时间冲击干扰源等，这些干扰源将对示值产生较大的偏离影响。
个实用的电子天平在测量时般要求具备以下3 个特性: 真实性、稳定性、灵敏性。即要求测量结果能真实对应待测物体、称重示值稳定、称重
反应灵敏。同时由于电子天平大多采用单片机之类的控制核心，程序复杂度不能太高。为达到实用测量目的，高精度电子天平的滤波处理目的是在保证测量正确性的前提下尽量消除上述噪声对称量造成的影响。针对正态分布的随机噪声与系统噪声，采用低运算复杂度的滑动均值处理即可得到较好的滤波效果，其信噪比改善比率可达槡N ，实用时，N 般取8、16、24。N 的取值取决于系统的要求，N 取值越大，则滤波效果越好，但灵敏度即示值反应速度降低，同时增加硬件存储资源需求量。针对周期性噪声，可采用的方法为均值滤波或中值滤波。窄脉冲粗大噪声般是单向或双向短持续时间扰动，般可采用中值滤波处理。当均值滤波中的点数N 较大时，测量灵敏度将大大降低。
3 电子天平软件设计
电子天平系统软件设计包括电子天平下位机功能实现，以及上位机程序设计。随着称重应用的不断扩展，智能控制系统或网络系统对电子天平数
据获取的服务越来越多，上位机程序设计的主要任务即是通过UAＲT 串口、USB 接口、CAN 接口或网络接口，实时获取电子天平称重数据。
电子天平下位机功能实现主要为重量测定与显示、各类天平功能操作，以及对上位机提供数据支撑服务。高精度电子天平在测重时应充分考虑
数字滤波、线性化纠正、漂移补偿、超重判断等处理; 各类天平功能主要包括皮重扣除、单位切换、计数功能等; 上位机数据支撑主要提供各类接口的数据上传与设置及指令接收等功能。电子天平下位机程序流程图如图4 所示。系统通过定时中断定时启动测频进程，设置定时器进行测频计数处理，待测频计数结束后启动数据处理进程，进行数字滤波等各类操作，并保存重量数据供其他任务使用。
4 数字滤波处理算法
在高测量精度要求的电子天平里，由于各类噪声及系统自身的不确定性等原因，直接采用传感器输出信号经模数转换所获得的重量内码般难于达到测量精度要求。DETF 天平在实际测量影响，其中系统噪声与随机噪声般呈正态分布，具体表现为在重复称量同物体时其示值误差呈正态分布规律。粗大误差般是由于受到环境突然性影响所导致的，比较典型的有周期性外部干扰源、短持续时间冲击干扰源等，这些干扰源将对示值产生较大的偏离影响。
个实用的电子天平在测量时般要求具备以下3 个特性: 真实性、稳定性、灵敏性。即要求测量结果能真实对应待测物体、称重示值稳定、称重
反应灵敏。同时由于电子天平大多采用单片机之类的控制核心，程序复杂度不能太高。为达到实用证测量正确性的前提下尽量消除上述噪声对称量
造成的影响。针对正态分布的随机噪声与系统噪声，采用低运算复杂度的滑动均值处理即可得到较好的滤波效果，其信噪比改善比率可达槡N ，实用时，N 般取8、16、24。N 的取值取决于系统的要求，N 取值越大，则滤波效果越好，但灵敏度即示值反应速度降低，同时增加硬件存储资源需求量。针对周期性噪声，可采用的方法为均值滤波或中值滤波。窄脉冲粗大噪声般是单向或双向短持续时间扰动，般可采用中值滤波处理。当均值滤波中的点数N 较大时，测量灵敏度将大大降低，故为为检测根据本文所述方案设计天平的实际测量精度，作者通过大量的实验测试，结果表明，本文所设计的DETF 电子天平在量程为2000 g 时，可以达到0． 01 g 的可靠测量精度，10 次重复误差偏差在1 个分度之内，重量荷载变化时反应速度快，经4 ～ 10 个采样点左右即可观察到示值变化，并能可靠消除如敲击桌面、天平盘面，以及般外部周期性震动干扰。以上各称量指标也已获得第三方机构检测认证。
为进步提高系统测量精度，消除系统长时间运行及温度变化所产生的漂移造成的误差趋大的问题［8］，本文作者进行了双端固定音叉传感器的
改造，在其上制作了个与重量无关的参考音叉，由于该音叉与称重音叉位处同片金属片上，受到的温度影响与噪声影响两者有极大的相关性，故通过检测参考音叉的信号，利用自相关型滤波处理可以得到极佳的测量效果。
