一、简介
在我国，目前能源使用率仅为33%，相比世界领先水平少10%，单位产品的耗能是世界先进水平的两倍，主要产品的耗能比世界先进水平高出40%。为此，国家“十一五”规划到2010 年实现万元GDP 能耗降低20%，并减少10%的有害排放。由此可见，节能减排是我国工业企业面临的重大课题。
对于称重仪表而言，节能不仅仅响应了国家号召，为社会做出一份贡献，而且也为自己的产品增加了亮点。
我们可以把节能看成：
1. 利用天然能源，如太阳能等。
2. 仪表自身降低损耗及提高电能利用率。
二、天然能源———太阳能
太阳能电池系一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，只要一照到光, 瞬间就可输出电压及电流。太阳能电池的发电能源来自于光的波长，阳光或白炽灯的波长较为适用。属于“室内型的非晶”太阳能电池如果长期拿到户外曝晒，有可能导致其损坏；反之，如果适合室外的太阳能电池如果用于室内，也不能达到期望的效果，所以在选择太阳能电池时，要根据应用环境而定。太阳能板的规格除了外形尺寸之外，另有一些特性数据，其中Voc= 开路电压，Isc= 短路电流,Vmp(Vop)= 最大工作电压，Imp(Iop)= 最大工作电流，Vmp×Imp=W瓦/(最大)功率。这些参数都是在特定条件下测得的，实际应用中达不到标定值，并且还要考虑天气、季节等因素。所以，实际应用一般用蓄电池作为备份电源。
目前在国外已经出现用太阳能供电的称重仪表及整秤，由于太阳能电池价格偏高及市场实际需求等因素，目前国内用太阳能供电的称重仪表及整秤还很少见。
三、仪表自身参数
1. 降低器件造成的损耗
选择元器件时，尽可能选择低功耗的元器件。其它与功耗有关的因素还包括：供电电压和时钟频率、接口电路以及动态管理等等。
1.1 器件供电电压和时钟频率
正如大家所熟知的，在数字集成电路设计中，CMOS 电路的总功耗包括：
a. 静态功耗，如晶体管漏电，电路不工作时也存在，与开关活动无关，与其动态功耗相比基本可以忽略不计，故暂不考虑；
b. 动态功耗，其粗略估算公式为：
P=CFV2
其中，C 为负载电容；F 为开关频率；V 电源电压。
可见，电压越高，时钟频率越快，则功率消耗越大。所以，在能够满足功能正常的前提下，尽可能选择工作电压低的器件。对于已经选定的器件，尽可能降低供电电压和工作频率。
1.2 系统动态管理
所谓动态管理就是在系统运行期间通过对系统的运行频率或电压的动态控制，以及各种不同工作模式的切换来达到节省功耗的目的，这种动态控制是与系统的运行状态密切相关的，这个工作往往通过软件来实现。
选取合适的工作模式。
控制部分：现在很多CPU 都有多种工作模式，我们可以通过控制CPU 进入不同的模式来达到省电的目的。以Silicon Labs 8051F CPU 为例，它有3 种基本的工作模式：第一种是完全工作模式：所有模块都上电工作；第二种是等待模式：外设工作，而CPU 不工作；第三种：同时对低功耗的电池供电来说也是最重要的一种，就是停机模式。停机模式下设备完全停止功耗。假如定义等待模式和停机模式为空闲模式，则：
I 平均=（t 工作×I 工作+t 空闲×I 空闲）/（t 工作+t 空闲）
可以想象，CPU 在全速运行的时候比在等待或者停机的时候消耗的功率大得多。省电的原则就是让正常运行模式远比空闲模式少占用时间。也就是说，我们可以通过设置使CPU 尽可能工作在空闲状态，然后通过相应的中断唤醒CPU，恢复到正常工作模式，处理响应的事件，然后再进入空闲模式。
但是，工作在不同模式下，切忌频繁切换。因为在启动期间，一直到振荡器稳定下来之前，CPU 即使是空闲的也会耗能。
其他外设部分：键盘扫描部分正常情况下连续扫描，在长时间都没有输入时，可以将用较慢的扫描模式，一旦出现用户输入，系统立即进入有效扫描模式。同理，显示屏也可以通过动态调整的方式，适时改变背光、亮度等参数达到省电的目的。
适时关闭/ 打开各功能模块或电路部分。一般来讲，电路各功能模块可能不需要同时工作，将不同的功能模块分别进行控制，从而动态的控制各部分供电分配。例如：在不需要串口输出时将串口芯片电源断电，从而降低一部分功耗；CPU内部有各种功能模块，像Silicon Labs 8051F 提供了ADC、DAC 等功能模块，但这些模块在设计中可能不需要同时工作，通过设置寄存器可以有选择地关闭不需要的功能模块，以达到节省电的目的，比如适时通过相应寄存器的设置关闭ADC，则可以节省近1mA 的电流，如表1 所示。
1.3 接口电路的低功耗设计
接口电路的低功耗设计中，除了考虑选用静态电流较低的外围芯片外，还应该考虑a.输出引脚上拉电阻/ 下拉电阻的配置，例如：在一个3.3V 的系统里用3.3KΩ 为上拉电阻，当输出为“0”的时候，其电流消耗就为1mA，所以在能够正常驱动后级的情况下，应该尽可能选取更大的阻值。另外，当一个信号在多数情况下时为低的时候，我们也可以考虑用下拉电阻以节省功耗。b.由于模拟输入提供了高阻抗状态，消耗电流很小。所以只要可能，就尽量把复用的I/O 引脚配置成模拟输入。
2. 提高仪表电能利用率
2.1 电源供给电路
在对功耗要求严格的情况下，就必须仔细考虑采用何种电压变换方式。通常有：
线性稳压(Linear Regulator) 包括LDO(LowDrop- Out)；以及DC to DC。
对于线性稳压来说，其特点时电路结构简单，所需元件数量少，但其致命弱点就是效率低，功耗高。假设采用LM7805，输入12V，输出电压为5V，压差为7V，输出的电流为0.2A 的情况下，我们可以计算出消费在线性稳压器上的功率为P=ΔV ×IOUT=7 ×0.2=1.4w， 效率仅为η ＝5/12=41.7%，由这个结果我们可以看出，有一大半功率消耗在IC 本身上。
DC to DC 电路的特点是效率高，升降压灵活，但缺点时电路相对复杂，干扰较大。一般常见的由Boost 和Buck 两种电路，前者用于升压，后者用于降压。仍以从12V 转换到5V 0.2A 负载为例，选用LINEAR 公司LT1776，如下图1 所示，由转换效率图可见，当输入为12v，输出为5v 时，转换效率在80％以上，比线性稳压器转换效率增加了一倍。
从上面的论述中我们可见，在适当的情况下使用DC- DC 的电压转换线路，可以有效地节约能量，降低整机功耗。
2.2 适当改变电源的连接方式
为了使干电池能够充分被利用，笔者曾经做过这样的电路，用户要求仪表使用干电池，使用时间500 小时以上。我们采用2 组3 节电池并联供电，当电池电压低于3.3V 时，再将两组电池串联起来，等电池电压再次低于5.6V 时，电池基本上没有电了。由于是小电流放电，串联后还可以增加几十小时的工作时间。
3．小结
对于称重仪表而言，节能主要表现在：①选取合适的能源；②采用合适的元器件（如MCU）及电路工作方式；③选取合适工作电压、系统运行频率并加以动态管理；④选取合适的电源电路。当然，这些方式可能以各种组合出现在称重仪表设计中，从而，让我们的仪表更加节能，更加有亮点。

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