大学生电子设计竞赛实用电子秤Word格式文档下载.docx

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最大称重为9.999公斤，重量误差不大于±

0.005公斤；

（3）单价金额及总价金额显示：

单价金额和总价金额的单位为元，最大金额数值为9999.99元，总价金额误差不大于0.01元；

（4）具有去皮功能和总额累加计算功能。

1.2发挥部分

能显示购物清单，自拟10种商品名称或代号，清单内容包括：

商品名称，数量，单价，金额，本次购物总金额。

（1）清单内容的商品名称等可使用代号显示；

（2）清单内容增加购货日期和收银员编号；

（3）清单内容在

（2）的基础上增加售货单位名称（自拟），且全部内容采用中文显示。

1.3创新部分

在完成基本要求和题目所提出的发挥部分要求的情况下，考虑到电子称实际应用的需要，又增加了标定和时钟功能，另外由于实际当中，称可以有一定量的过载，但不能超出要求的范围，为此我们还设计了过载提示功能。

2单元电路的方案论证与电路参数计算

本系统要求设计并制作一个实用电子称，能称重、计价、汇总，并能显示购物清单、日期等。

根据上述设计要求画出的系统总体电路框图如图1所示。

中央处理单元

信号放大调理电路

压力传感器

点阵式LCD

模/转换

时钟芯片

电源电路

简易键盘

图1系统总体框图

根据题目要求，控制方案的选择

方案一：

整个控制系统采用比较新颖的可编程逻辑器件如：

CPLD/FPGA，其优点是高速性能好、功耗低；

但在这方面我们平时训练掌握得不是很理想。

方案二：

中央处理单元选用我们熟悉的单片机。

即最后电路的核心采用最常用、好用和廉价的ATEMAL公司的AT89S52，下面仅就各个电路单元进行方案论证与设计。

2．1压力传感器的选择

根据设计要求，市场情况和请教别人的经验，我们选择了济南金钟电子衡器股份有限公司生产的L-PSII-10型压力传感器，为双孔悬臂梁形式，是电子计价秤的专用产品，也可用于制造由单只传感器构成的电子案秤，台秤及专用衡器等，其主要技术指标如表一所示，各项指标较济南市场上见到的同类传感器优秀的多，只是价格上稍微贵了一些，实际应用的结果表明，物有所值。

表一压力传感器主要技术指标

准确度等级Accuracyclass

C30.020.03

额定载荷Ratedload

kg

3、6、10、20、30、50

灵敏度Sensitivity

mV/V

1.8±

0.08

非线性Nonlinearity

%F.S.

±

0.02

滞后Hysteresis

重复性Repeatability

蠕变Creep

%F.S./30min

蠕变恢复creeprecovery

零点输出Zerobalance

1

零点温度系数Zerotemperaturecoefficient

%F.S./10℃

额定输出温度系数Ratedoutputtemperaturecoefficient

输入电阻Inputresistance

Ω

415～445

输出电阻Outputresistance

349～355

绝缘电阻Insulationresistance

MΩ

≥5000

供桥电压Supplyvoltage

V

12（DC/AC）

温度补偿范围Temperaturecompensationrange

℃

-10～+50

允许温度范围Safetemperaturerange

-20～+60

允许过负荷Safeoverload

120

极限过负荷Ultimateoverload

200

四角误差Fourcornererror

0.03

连接电缆Connectcable

mm

Φ3.8×

300

接线方式Methodofconnectingwire

输入Input（+）:

Red输入Input（-）:

White

输出Output（+）:

Green输出Output（-）:

Blue

屏蔽Shield:

Yellow

2．2A/D转换器选择

A/D转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会使得整个设计毫无意义。

按设计要求：

电子称最大称重为9.999公斤，重量误差不能大于±

0.005公斤。

我们的理解是满刻度时，只能有±

5g的误差，精度要求较高，为0.05%FS。

A/D转换器位数的选择：

传感器的灵敏度仅为1.8±

0.08mV/V，在加上±

5V激励后，实测输出仅17mV。

按上述精度要求，A/D转换后，每位代表的重量不应高于：

λ＝

＝

，

所以至少需要N＝11位ADC（其分辨率为

），考虑前向通道中，传感器、信号放大及调理电路等的精度损失，选用的AD至少需要比计算高出2位以上，即至少需要14位的ADC，因此，常用的12位逐次比较式的AD574A、MAX197及4位半双积分式的TLC7135都不能满足要求。

采用V/F变换芯片LM331

该方案是使用压频变换器件，把电压信号转化为频率信号，单片机通过计数获得重物的重量，此方案，可不用AD，但需要比较复杂的小信号放大、调理电路，并且LM331外围电路较繁琐，参数配置相对严格，故未采用。

选用16位逐次比较式ADC

该方案可满足精度要求，但需要比较复杂的小信号放大、调理电路，如果信号调理不好，会对结果造成很大影响，在时间有限的情况下，应尽量避免没把握的方案。

方案三：

选用高分辨率信号调理ADC

经过多方比较、论证，最终，我们选择了美国AD公司推出的一款24位分辨率的多路信号调理模数转换器件AD7714。

该芯片内集成了缓冲器、时钟发生器、可编程增益放大器、数字滤波器、∑-Δ调制器以及电荷平衡式Ａ/Ｄ转换器等电路，由于ＡＤ7714采用了∑-Δ技术实现Ａ/Ｄ转换，使它更加不受噪声环境的影响,具有线性度好、功耗低、增益G=1~128可编程，无须前端信号调理、可编程低通滤波器截止频率等优良特性，非常适合于工业过程控制及便携式仪器应用中温度、压力等高精度测量。

ADC与AT89S52的接口电路如图2所示，非常简单。

2．3液晶显示电路

按题目要求，和实用的角度来说，显示部分最好是选用液晶显示器。

液晶显示器有段式、点阵字符式、点阵图形式等几种。

为了节省宝贵的时间，我们选择了平常训练时采用的点阵图形式显示器，型号为MGLS-240128T,内藏显示控制器T6963C。

虽不含字库，但接口简单，编程容易，美观大方。

当然，从实用的角度讲，应选择细长型的较好。

液晶显示器与MCU的接口如图3所示。

图2AD7714与AT89S52的接口电路

图3液晶显示器与MCU的接口

2．4键盘电路

由于电子称需要设置单价（需一个设置键和十个数字键），还具有去皮、累计、标定、结算、确认、删除等功能，总共需设置18个键（包括一个复位键）。

考虑到单片机外围电路多，需要处理的任务多，为减轻单片机的负担，又使得键盘操作简单可靠，我们采用了键盘管理芯片8279，由于这是一种常用电路，它与单片机的接口电路不再赘述。

2．5日历时钟电路

按发挥部分的要求，需要显示购货日期。

最简单的办法是在电路中增加了一颗日历时钟芯片。

既有串行接口的，如DS1302等，但他们往往需要外加电池，保证系统失电时保存数据，编程较麻烦；

也有并行接口的，与RAM使用同一个插座，我们选用的是自带锂电池，解决了Y2K问题的DS12C887，它内部还具有114个RAM可供系统在调电后存储标定系数等数据。

与MCU的接口电路如图4所示。

图4DS12C887与MCU的接口电路

2．6电源电路

系统需要＋5V电源，传感器需要±

5V以上或＋10V以上的线性电源（不能用开关电源，否则称重数据不稳定）。

我们买了一块廉价的，具有＋5V，±

12V输出的开关电源，＋5V直接作为数字电源，±

5V由±

12V通过LM7805和LM7905进行DC/DC变换得到，效果非常好，物美又价廉。

3软件设计

3．1软件所实现的功能

①称重

②计价

③累计，去皮

④标定

⑤键盘、显示

⑥汇总

3．2软件流程

系统的主程序流程框图如图5所示。

图7系统的主程序流程框图

4测试方法与仪表

4．1测试仪表

4位半数字万用表（MASTECHMY-65），双踪示波器（YB4325），从1g到1000g的砝码（两套），计算器

4．2操作方法

◆把传感器放平，接通电源，显示主界面，预热30分钟内，零点有漂移属正常；

◆如果空称时显示不为零，可按去皮键清零；

如需去除器皿皮重，先按去皮键，再在器皿上放物件，则显示净重；

◆第一次使用或较长时间未用，则需用砝码标定；

◆如果物价重量超出测量范围，显示OVER!

以示警告；

◆单价设置时，先按设置键，再用数字键输入单价，可使用删除键修改。

4．3测试方法

◆电子称放平，预热30分钟以上；

◆把1g到10000g的砝码往称上放，读取显示重量；

◆设置单价，当物件重量变化时，读取相应的金额；

◆使用累计功能，读取总金额；

◆用1000g的砝码标称，标定功能；

◆使用汇总功能。

4．4测试数据及测试结果分析

◆测试数据

按照操作方法，在实验室对1g到10000g的砝码进行测试,从小到大，然后从大到小，间隔一定时间，共测量10个来回，共20次；

◆测试结果及分析

表一：

重量测试结果与误差分析

实际重量

测示重量

绝对误差

相对误差

0.001kg

§

2kg

1.001

|§

1.999

1

0%

100%

3kg

2.999

0.001

0.033%

4kg

3.999

0.025%

5kg

4.998

0.002

0.04%

表二：

单价金额计算误差分析（随机重量和单价）

单价（元）

实际金额

显示金额

0.200kg

126.00

24.6

0.199kg

15.32

3.05

3.04

0.500kg

68.16

34.08

1.000kg

3.56

从表二可知，显示金额与实际金额相比，都在要求的范围之内。

总价金额为各个金额的累加值，只要不溢出，总价金额绝对是各次显示金额的总和，其误差仅由单价金额的误差决定。

5结语

通过测试，系统完全达到了设计要求，不但完成了基本要求，发挥部分的要求，并增加了标定、时钟和过载提示三个创新功能。

我们自己也得到了很好的锻炼。

6参考文献

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电子工业出版社，1997

[2]王福瑞等编著。

单片微机测控系统设计大全。

北京航空航天大学出版社，1999

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单片机应用系统设计。

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新编传感器原理应用电路详解。

北京：

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传感器工作原理及应用实例。

人民邮电出版社，1998。

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单片机外围器件实用手册输入通道器件分册。

北京航空航天大学出版社，1998