基于单片机电子秤设计Word文档格式.docx

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2.2数据采集局部

2.2.1传感器的选择

2.2.2放大电路的选择

2.2.3A/D转换器的选择

2.2.4键盘的设计及选择

2.3显示电路局部的选择

第三章硬件电路的设计

3.1AT89C51的最小系统电路

3.1.1单片机芯片AT89C51简介

3.1.2单片机管脚说明

3.1.3AT89C51的最小系统电路构成

3.2电源电路设计

3.3数据采集局部电路设计

3.3.1传感器和其外围以及放大电路设计

3.3.2A/D转换芯片与AT89C51单片机接口电路设计

3.3.3测量算法

3.4显示电路与AT89C51单片机接口电路设计

3.5键盘电路与AT89C51单片机接口电路设计

第四章系统软件设计

4.1程序设计框图

4.2C51程序

第五章设计总结

参考文献

序言

称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活严密相连。

电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建立、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的上下，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。

称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成局部，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。

称重装置的应用已普及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。

因此，称重技术的研究和衡器工业的开展各国都非常重视。

50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的开展。

60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改良与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型开展到现在的全电子型和数字智能型。

现今电子衡器制造技术及应用得到了新开展。

电子称重技术从静态称重向动态称重开展：

计量方法从模拟测量向数字测量开展；

测量特点从单参数测量向多参数测量开展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。

通过分析近年来电子衡器产品的开展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的开展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；

其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；

其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化〞功能；

其应用性能趋向于综合性和组合性。

1.1任务

单片机电子计价秤：

设计重量检测、处理与显示电路，对5种以上不同单价的商品进展称量、计价和打印及键盘参数设置、数据上传等功能。

1.2指标

电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有：

量程、分度值、分度数、准确度等级等。

〔1〕量程：

电子衡器的最大称量Max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。

〔2〕分度值：

电子秤的测量范围被分成假设干等份，每份值即为分度值。

用e或d来表示。

〔3〕分度数：

衡器的测量范围被分成假设干等份，总份数即为分度数用n表示。

电子衡器的最大称量Max可以用总分度数n与分度值d的乘积来表示，即Max=n•d

1.3设计思路

目前,台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍,但存在较大的局限性：

体积大、本钱高、需要工频交流电源供给、携带不便、应用场所受到制约。

现有的便携秤为杆秤或以弹簧、拉伸变形来实现计量的弹簧秤,居民用户使用的根本是杆秤。

弹簧盘秤制造工艺要求较高,弹簧的疲劳问题无法彻底解决,一旦超过弹簧弹性限度,弹簧秤就会产生很大误差,以至损坏,影响到称重的准确性和可靠性,只是一种暂时的代用品,也被列入逐渐取消的行列。

微控制器技术、传感器技术的开展和计算机技术的广泛应用，电子产品的更新速度到达了日新月异的地步。

本系统在设计过程中，除了能实现系统的根本功能外，还增加了打印和通讯功能，可以实现和其他机器或设备〔包括上位PC机和数据存储设备〕交换数据.除此之外，系统的微控制器局部选择了兼容性比拟好的AT89系列单片机，在系统更新换代的时候，只需要增加很少的硬件电路，甚至仅仅删改系统控制程序就能够实现。

综上所述,本课题的主要设计思路是：

利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。

单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。

此外，还可通过键盘设定所称物品的价格。

主要技术指标为：

称量范围0～5kg;

分度值0.01kg;

精度等级Ⅲ级;

电源DC1.5V〔一节5号电池供电〕。

这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便,集质量称量功能与价格计算功能于一体,能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。

第二章系统模块功能与选型

按照本设计功能的要求，系统由5个局部组成：

控制器局部、测量局部、数据显示局部、键盘局部、和电路电源局部，系统设计总体方案框图如图2.1所示。

放大电路

图2-1设计思路框图

测量局部是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号〔本设计为电压信号〕，而后经处理电路〔如滤波电路，差动放大电路，〕处理后，送A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。

控制器局部承受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存储到存储单元中。

控制器还可以通过对扩展I/O的控制，对键盘进展扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进展控制。

数据显示局部根据需要实现显示功能。

本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统〞。

这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。

再那么由于系统没有其它高标准的要求，又考虑到本设计中程序局部比拟大，根据总体方案设计的分析，设计这样一个简单的的系统，可以选用带EPROM的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化，在这里选用AT89C51.

电子秤的数据采集局部主要包括称重传感器、处理电路和A/D转换电路，因此对于这局部的论证主要分三方面

在设计中,传感器是一个十分重要的元件,因此对传感器的选择也显的特别的重要,不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等.

传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。

一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。

但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的平安和寿命。

传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。

其公式如下：

C＝K0×

K1×

K2×

K3×

（Wmax＋W）/N〔2.1〕

C—单个传感器的额定量程；

W—秤体自重；

Wmax—被称物体净重的最大值；

N—秤体所采用支撑点的数量；

K0—保险系数，一般取值在1.2～1.3之间；

K1—冲击系数；

K2—秤体的重心偏移系数；

K3—风压系数。

本设计要求称重范围0～5kg，重量误差不大于0.01kg，根据传感器量程计算公式〔2.1〕可知：

C＝1.25×

1×

1.03×

〔20＋1.9〕／1（2-1）

＝9.01205

为保证电子秤称量结果的准确度，克制传感器在低量程段线性度差的缺点。

传感器的量程应根据皮带秤的最大流量来选择。

在实际工作中，要求称重传感器的有效量程在20%～80%之间，线性好，精度高。

重量误差应控制在±

0.01Kg，又考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要防止超重损坏传感器，根据式2.1的计算结果，所以我们确定传感器的额定载荷为7.5Kg，允许过载为150%F.S，精度为0.05%，最大量程时误差

0.01kg，可以满足本系统的精度要求.

综合考虑,本设计采用SP20C-G501电阻应变式传感器,其最大量程为7.5Kg.称重传感器由组合式S型梁构造及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。

由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点，所以该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种构造的动、静态测量及各种电子秤的一次仪表。

该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图2.1所示：

图2.1称重传感器原理图

表一压力传感器主要技术指标

其测量原理：

用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。

当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。

由于内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出：

〔2-2〕

2.2.2放大电路选择

称重传感器输出电压振幅范围0～20mV。

而A/D转换的输入电压要求为0～2V，因此放大环节要有100倍左右的增益。

对放大环节的要求是增益可调的〔70～150倍〕，根据本设计的实际情况增益设为100倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。

按照输入电压20mV，分辨率20000码的情况，漂移要小于1µ

V。

由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂〔±

1µ

V〕，从而保证了放大环节对零点漂移的要求。

剩余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。

稳定的增益量可以保证其负反应回路的稳定性，并且最好选用高阻值的电阻和多圈电位器。

由2.2.1中称重传感器的称量原理可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成ΔR/R，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值120Ω，灵敏系数K=2，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000ε，应变电阻相对变化量为：

ΔR/R=K×

ε=2×

1000×

10－6=0.002〔2-3〕

由式2-3可以看出电阻变化只有0.24Ω，其电阻变化率只有0.2%。

这样小的电阻变化既难以直接准确测量，又不便直接处理。

因此，必须采用转换电路，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D转换芯片接收的信号。

在前级处理电路局部，我们考虑可以采用以下几种方案：

方案一、利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路；

普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。

由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。

所以，此种方案不宜采用。

方案二、主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；

差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放（如OP07）做成一个差动放大器。

其设计电路如图2-2所示：

方案〔三〕：

采用专用仪表放大器，如：

INA126，INA121等构成前级处理电路。

下面举例用INA128仪用仪表放大器来实现。

图2.2利用普通运放设计的差动放大器

一般说来，集成化仪用放大器具有很高的共模抑制比和输