电子秤电路设计Word文档格式.docx

电子秤电路设计Word文档格式.docx

《电子秤电路设计Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子秤电路设计Word文档格式.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

该电子秤能够实现大体的称重功能（称重范围为0~10千克，质量误差不大于10克），还具有超量程和报警功能。

整个系统结构简单，适用方便，功能齐全，精度高，具有必然的开发价值。

关键词：

单片机；

集成电路；

采样电路；

A/D转换器；

液晶显示

第一章绪论

选题背景与意义

50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的进展。

60年代初期显现机电结合式电子衡器以来，通过40连年的不断改良与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型进展到此刻的全电子型和数字智能型。

我国电子衡器的技术装备和检测实验手腕大体达到国际90年代中期的水平。

电子衡器制造技术及应用取得了新进展。

是称重技术中的一种新型仪表，普遍应用于各类场合。

与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价钱低、有效价值强、保护方便等特点，可在各类环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与运算机联网，实现生产进程自动化，提高劳动生产率。

电子秤还具有自动零点追踪，超负荷显示自动熄灭之特点，对进展电子设备具有现实意义。

称重传感器的大体知识

1.概念

GB/T7551-1997《称重传感器》

考虑到利用地址的重力加速度（g）和空气浮力（f）的阻碍后，通过把其中一种被测量（质量）转换成另外一种被测量（输出）来测量质量的力传感器。

2.组成

灵敏元件+传感元件+测量电路

（其中：

灵敏元件------电阻应变计；

传感元件-------单性体；

测量电路--------惠斯通电桥）

1,3研究的现状

1.阻碍因素

随着科技的进步，对电子秤的要求也愈来愈高。

阻碍精度的要紧因素有；

机械结构、传感器和数字仪表，使得非线性误差变大，为了保证准确、稳固的显示，仪表内部份辨率（只若是ADC的分辨率）一样要比外部显示分辨率高4倍以上，这就要求所采也一样的ADC具有足够的转换位数，而采纳高精度的ADC，自然增加了系统的本钱。

2.产品质量

目前市场上的产品有：

电子天平、电子计数秤、电子计价秤、电子台秤、电子吊钩秤、定量包装称和条形码电子秤等。

在如此繁多的产品中，存在许多不合格的产品。

要紧表此刻以下三个方面：

一、温度实验项目不符合标准规定；

二、湿热实验项目达不到标准要求；

3、抗电脉冲串实验和抗静电放点实验项目部合格

造成产品不合格的重要缘故：

一、是称重传感器对温度补偿的性能不行；

二、是电子秤内部编程软件示值修正功能不完善。

3、电子秤的外壳设计和选择的电子元器件不能知足电磁辐射要求

4、了降低本钱，不在产品上增加必要的抗干扰元

五、选购质差价廉的元器件，关键元器件未进行挑选和通电老化

六、产品查验把关不严

3.进展方向

通过度析最近几年来电子衡器产品的进展情形及国内外市场的需求，电子衡器总的进展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；

其技术性能趋向是速度高、准确度高、稳固性高、靠得住性高；

其功能趋向是称重计量的操纵信息和非操纵信息并重的“智能化”功能；

其应用性能趋向于综合性和组合性。

4电子秤的智能化

1）小型化：

体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。

近几年新研制的电子平台秤结构充分表现了小薄轻的进展方向。

2）模块化：

关于大型或超大型的承载器结构，已开始采纳几种长度的标准结构的模块，通过度体组合，而产生新的品种和规格。

3）集成化：

关于某些品种和结构的电子衡器，都能够实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤体与铁线路路一体化。

4）智能化：

电子衡器的称重显示操纵器与电子运算机组合，利用电子运算机的智能来增加称重显示操纵器的功能。

5）综合性：

电子称重技术的进展规律确实是不断的增强基础研究并扩大应用，扩展新技术领域，向相邻学科和行业渗透，综合各类技术去解决称重计量、自动操纵、信息处置等问题。

6）组合性：

在工业称重计量进程或工艺流程中，很多称重计量系统还要求具有可组合性，即测量范围等能够任意设定；

硬件的调整，软件的扩展；

数据与指令可利用不同的语言和条形码，并能与外部的操纵和数据处置设备进行通信。

第二章系统方案的设计

系统整体设计

　　第一由搜集因压力转变而产生的电压信号，通过A／D将模拟信号转换为数字信号，把数字信号送入C51单片机，单片机做相应的处置后，取得当前物体重量的数据，并通过LCD显示出来。

系统硬件结构如以下图所示。

如图2-1：

电子秤硬件系统结构图

系统硬件电路包括A／D、4×

4矩阵键盘模块、LCD模块和报警模块；

软件模块又可分为主程序模块、矩阵键盘扫描模块、A／D转换模块和LCD1602模块。

系统工作原理及设计大体思路

1.系统工作原理

电子秤的工作原理以电子元件（称重传感器，放大电路,AD转换电路，单片机电路，显示电路，键盘电路，通信接口电路，稳压电源电路等电路）组成。

通过压力传感器将被测量的重量以转换成电压信号。

由于信号小，需在前端信号处置电路进行准确的线性放大，再经AD转换电路转换成数字量被送入主控电路单片机中，经编译码显示即为被测物体的重量。

实际应用中，为提高数据的搜集精度减少外界电气的干扰，需在传感器与A/D芯片间加上信号调整电路。

如图2.2.1：

该系统为总原理电路图

2.系统设计大体思路

电子秤的原理方框图:

程式K/B（按键）

↑Fx→传感器→OP放大→A/D转换→CPU→显示驱动→显示屏↓经历体

系统分为三大模块:

数据搜集模块、操纵器模块、人机交互界面模块。

数据搜集模块由压力传感器、信号的前级处置和AD转换电路组成。

转换后的数据信号送给操纵器完成对该数据的处置驱动显示模块完成人机间的信号互换。

例：

当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生转变，同时利用鼓励电压发生转变，输出一个转变的模拟信号。

该信号经放大电路放大输出到模数转换器。

转换成便于处置的数字信号输出到CPU运算操纵。

CPU依照键盘命令和程序将这种结果输出到显示器。

直至显示这种结果。

本芯片集成的ADC具有20位分辨率，16位以上的有效精度。

为确保称重时的稳固性与精准度，SH79F085内置ADC的可用有效输出码达26万以上，因此，ADC精度性能完全能知足中准确度商业衡器应用，若是在用户端软件加以滤波处置，也能知足高准确度周密衡器应用。

数据采样部份的方案确信

1.测量显示电路

测量电路:

电阻应变式传感器确实是将被测物理量的转变转换成电阻值的变化,再经相应的测量电路而最后显示或记录被测量值的转变（显示电路时显示**.**千克，并有相应的手动校正电路。

）.在那个地址,咱们用电阻应变式传感器作为测量电路的核心.并应依照测量对象的要求,恰本地选择精度和范围度.

2.电阻应变计工作原理

以金属材料为转换元件的电阻应变计，其转换原理是基于金属电阻丝的电阻应变效应。

所谓应变效应是指金属导体（电阻丝）的电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象。

（1）.受力前（F=0）电阻值R=ρ*L/S

（1）

式中R——金属丝的电阻（Ω）；

ρ——金属丝的电阻率（Ω*M）；

L——金属丝的长度（m）；

S——金属丝的横截面积（m2）（πD2/4）

D——金属丝的直径（m）

（2）.受力后（F＞0）电阻转变值⊿R=R*Kε

（2）

式中⊿R——电阻转变量；

R——原始电阻值；

K——应变计的灵敏系数；

ε——轴向应变

结论：

金属丝拉伸，电阻值增加；

金属丝紧缩，电阻值减小

（3）.两个典型的力学模型：

当F＞0时，R一、R3被拉伸，阻值增大；

R二、R4被紧缩，阻值减小。

1.惠斯顿电桥

在应变计的电测技术中，应用最普遍的测量电路是惠斯通电桥电路。

测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优势，因此能专门好地知足应变测量的要求。

电桥依照电源的性质分直流电桥和交流电桥两种，当Ui为直流时该电桥为直流电桥。

它的四个桥臂由R一、R二、R3、R4组成。

1）直流电桥的电压输出

依照分压原理，从D-A-C半桥来看，从D经A到C的电压降为Ui，通过R一、R2的电流

I1=Ui/（R1+R2）

（1）

R2上的电压降为I1R2，代入

（1）得UAC=Ui*R2/（R1+R2）

（2）

一样，D-B-C半桥的电压降也是Ui，R3上的电压降为：

UBC=Ui*R3/（R3+R4）（3）

那么输出电压UO是UBC与UAC之间的差，即UO=UBC-UAC=Ui（4）

由（4）可知，当桥臂电阻知足如下条件时，即R1R3=R2R4（5）

电桥的输出电压UO=0，电桥处于平稳状态。

为了保证测量的准确性，在实测之前应使电桥平稳（置零），如此输出电压只与应变计感受应变所引发的电阻转变有关。

2）按上述力学模型说明：

当F=0时，R1R3=R2R4；

U0=0；

当F＞0时，R一、R3增加，R二、R4减小，U0＞0。

假设欲取得与上述电信号相反的结果时，只需将A与C（或B与D）之间的电源正、负极互换即可。

3）当桥臂电阻的阻值发生转变时，电桥的输出电压也随着发生转变，当⊿R<

<

R时，其输出电压与电阻转变率⊿R/R（或应变ε）成线性关系。

第三章系统硬件设计

3．1ATmega16单片机

ATmega16具有如下特点：

40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程按时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

另外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM按时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保留RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

3．2称重传感器

电阻应变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性灵敏元件上，然后以适当方式组成电桥的一种将力（重量）转换成电信号的传感器。

在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的转变转换为电压转变。

电阻应变式称重传感器工作原理如以下图所示。

图3-2：

电阻应变式称重传感器工作原理图

　　如：

本设计选用湖南宇航公司的SB-B型悬臂式称重传感器，额定量程5kg，灵敏度3mv／V，非线性误差0．03％ES，重复性误差0．02％ES，蠕变（30分钟）0．03％F．S，零点温度漂移0．03％F．S．／10℃，温度补偿范围-10～60℃。

该系列传感器采纳悬臂单剪切结构，过载能力强，受力后自动调心好，具有精度高、长期稳固性好、抗疲劳、抗偏载能力强的特点。

3.3A/D转换器

称重传感器输出的是mV级的电压信号，本设计采纳AD7705对信号进行搜集。

AD7705是AD公司推出的一种基于∑-△转换技术的16位A／D转换，它具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能和低电压、低功耗等特点，适合于称重系统中微机信号处置的需求。

其具有可编程增益，增益范围1～128，可与压直接相连，利用同步串行SPI接口，能够与AVR单片机的硬件SPI接口直接相连，其电路连接如下图所示。

如图3-3：

AD7705电路连接图

　　如：

当传感器加上满量程重量5kg时，传感器在5V的工作电压下取得15mV的输出电压。

5V工作电压经分压后为AD7705提供基准电压，因此工作电压的转变可不能产生系统误差。

分压电阻为24kΩ和15kΩ，产生的基准电压为1．92V。

当器件的可编程增益为128时，对应的满量程输入电压即为15mV。

人机界面

人机通信包括键盘扫描、LCD、蜂鸣器报警三个部份，键盘采纳4×

4矩阵扫描键盘，接在单片机的PC口；

显示部份采纳的是LCD1602液晶，能够同时显示16×

2即32个字符。

1602内部的字符发生（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，编程时能够用AS-CII码直接赋值，还能够用字符型常量或变量赋值；

蜂鸣器的作用是当称重物品超出传感器的量程时，以鸣响报警提示用户。

如图3-4：

液晶屏与蜂鸣器电路连接图

第四章总结

通过几天的尽力，终于如期完成了有效电子秤电路设计的任务。

在做这项课程设计中，虽碰着了很多困难，但在教师、同窗和自己坚持不懈的尽力下，终于取得了最后的成功，有必然的功效。

，通过称重传感器和16位的AD7705转换器实现了对重量的高精度测量，具有本钱低、稳固性强、电路简单等特点。

系统在电子秤的实际应用中取得了中意的成效。

总之，只要踊跃参与了这项设计，确信是收成颇丰。

在这项设计中我发觉，在学过的知识中咱们还有很多东西都不曾了解，有很多东西都没有熟练把握。

通过这项设计，是我将所学的知识取得系统化，贯穿成了一条线。

参考文献

[1]郑晓峰编.电子技术基础[M]，中国电力工业出版社[J]，2020

[2]来清明编.传感器与单片机接话柄例[M]

北京航空航天大学出版社[J],2020

[3]孙余凯、吴鸣山、项绮明编.传感器应用电路[M]，

电子工业出版社[J],2020

[4]王幸之编.AT89系列单片机原理及接口技术[M].

北京航天航空出版社[J]，2006

[5]谢志萍编.传感器与检测技术[M]电子工业出版社[J],2020

[6]单成祥、牛彦文、张春编.传感器设计基础[M]

国防工业出版社[J],2007

时间

设计任务

完成情况

教师签名

指导教师意见及成绩评定

对学生设计过程、设计质量的评分依据

总评成绩

指导教师（签名）：

年月日

教研室及系审定意见

教研室主任（签名）：

年月日

（系公章）