电子秤解决方案Word文档下载推荐.docx
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该电压信号经过电子秤专用模拟/数字(A/D)转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。
HX711采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片,内置增益控制,精度高,性能稳定。
HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信。
单片机读取被测数据,进行计算转换,再液晶屏上显示出来。
矩阵键盘主要用于计算金额。
当被测物体重量得到后,用户可以通过矩阵键盘输入单价,电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。
电源系统给单片机、HX711电路及传感器供电。
2、称重传感器
传感器是测量机构最重要的部件。
称重传感器本身具有单调性,其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。
(1)灵敏度
称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值,典型值是2mV/V。
当使用2mV/V灵敏度和5V激励电压的传感器时,其满度输出电压为10mV。
通常,为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围,应当仅使用满度范围的三分之二。
因此满度输出电压应当大约为6mV。
当电子秤应用于工业环境时,在6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。
(2)总误差
总误差是指输出误差和额定误差的比值。
典型电子秤的总误差指标大约是%,这一技术指标相当重要,它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度,决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。
(3)漂移
称重传感器也产生与时间相关的漂移。
目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。
选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑,其主要特点如下:
(1)电容式压力传感器稳定性较差,精度和灵敏度较高,寿命较短,对环境要求苛刻,不易长距离传输。
(2)压电式压力传感器稳定性好,精度和灵敏度高,寿命长,但大量程的压力传感器尚待进一步研究。
(3)电阻应变式压力传感器稳定性较好,精度和灵敏度较高,寿命较长,对测量环境要求不太严格。
综上所述,选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。
电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,内部线路采用惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,电阻应变片(转换元件)受到拉伸或压缩应变片变形后,它的阻值将发生变化(增大或减小),从而使电桥失去平衡,产生相应的差动信号,供后续电路测量和处理。
电阻应变式传感器测量原理如图2所示。
图2电阻应变式传感器测量原理
当垂直正压力P作用于梁上时,梁产生形变,电阻应变片R1、R3受压弯拉伸,阻值增加;
R2、R4受压缩,阻值减小。
电桥失去平衡,产生不平衡电压,不平衡电压与作用在传感器上的载菏P成正比,从而将非电量转化成电量输出。
R1、R2、R3和R4组成惠更斯电桥,将2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压,其工作原理如图3所示。
图3测量电桥原理
3、电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路
HX711采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。
与同类型其它芯片相比,该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
降低了电子秤的整机成本,提高了整机的性能和可靠性。
该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单,所有控制信号由管脚驱动,无需对芯片内部的寄存器编程。
输入选择开关可任意选取通道A或通道B,与其内部的低噪声可编程放大器相连。
通道A的可编程增益为128或64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为±
20mV或±
40mV。
通道B则为固定的32增益,用于系统参数检测。
芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源,系统板上无需另外的模拟电源。
芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。
上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
HX711内部方框图如图4所示。
其外部管脚如图5所示。
图4HX711内部方框图
图5HX711外部管脚图
图5为HX711芯片应用于计价秤的一个参考电路图。
该方案使用内部时钟振荡器(XI=0),10Hz的输出数据速率(RATE=0)。
电源(~)直接取用与MCU芯片相同的供电电源。
通道A与传感器相连,通道B通过片外分压电阻与电池相连,用于检测电池电压。
图6HX711计价秤应用参考电路图
本课题设计的HX711电路如图7所示:
图7HX711电路
4、单片机STC89C52及其电路
(1)STC89C52单片机概述
STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍,内部集成MAX810专用复位电路。
(2)STC89C52单片机特点
增强型8051CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统8051;
工作电压:
-(5V单片机);
工作频率范围:
0~40MHz,相当于普通8051的0~80MHz;
用户应用程序空间4K遵循先难后易、先大后小的原则。
B.布局可以参考硬件工程师提供的原理图和大致的布局,根据信号流向规律放置主要原器件。
C.总的连线尽可能的短,关键信号线最短。
D.强信号、弱信号、高电压信号和弱电压信号要完全分开。
E.高频元件间隔要充分。
F.模拟信号、数字信号分开。
⑤相同结构电路部分应尽可能采取对称布局。
⑥按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准来优化布局。
(5)PCB设计遵循的规则
①地线回路规则:
图17地线回路规则
环路最小规则,即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小,环面积要尽可能小,环面积越小,对外的辐射越少,接收外界的干扰也越小。
针对这一规则,在地平面分割时,要考虑到地平面与重要信号走线的分布,防止由于地平面开槽等带来的问题;
在双层板设计中,在为电源留下足够空间的情况下,应该将留下的部分用参考地填充,且增加一些必要的过孔,将双面信号有效连接起来,对一些关键信号尽量采用地线隔离,对一些频率较高的设计,需特别考虑其地平面信号回路问题,建议采用多层板为宜。
②窜扰控制
窜扰(CrossTalk)是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰,主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。
克服窜扰的主要措施是:
A.加大平行布线的间距,遵循3W规则。
B.在平行线间插入接地的隔离线。
C.减少布线层与地平面的距离
③屏蔽保护
图18屏蔽保护
对应地线回路规则,实际上也是为了尽量减小信号的回路面积,多用于一些比较重要的信号,如时钟信号,同步信号;
对一些特别重要,频率特别高的信号,应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计,即将所布的线上下左右用地线隔离,而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。
④走线方向控制规则
相邻层的走线方向成正交结构,避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间窜扰;
当由于板结构限制(如某些背板)难以避免出现该情况,特别是信号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线。
⑤电源与地线层的完整性规则
对于导通孔密集的区域,要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接,形成对平面层的分割,从而破坏平面层的完整性,并进而导致信号线在地层的回路面积增大。
四、软件设计
1、软件流程图
本设计主程序使用了定时器,用来实现每秒称重一次的功能,流程图如图19所示。
键盘扫描程序如图20所示。
图19时钟中断程序流程图图20键盘扫描程序流程图
主程序软件流程如图21所示。
图21主程序流程图
3、主程序
下面介绍主程序编写,其他程序略。
(1)头文件和一些宏定义
#include<
>
#include"
"
;
;
int2str(j,str1);
if(j<
10)
elseif(j<
100)
{
display_string(3,84,"
0"
);
display_string(3,92,str1);
}
else
display_string(3,84,str1);
}
.."
To_Zero();
display_string(1,1,"
电子秤初始化成功"
display_string(3,1,"
重量:
kg"
display_string(5,1,"
单价:
元"
display_string(7,1,"
金额:
Display_Price();
while
(1)
和.h
文件拷贝至新建项目,重新编译即可。
当编译生成.hex文件后,就可以下载并进行调试了。
1、USB转串口驱动安装
打开USB驱动文件夹下的安装文件,按提示安装USB转串口驱动程序。
安装完成后,插入USB下载线后,在[开始]-[控制面板]-[打印机和其他硬件]-[设备管理器],在“端口”分支下有(ProlificUSB-to-SerialCommPort(COMX)。
X表示串口号,如果没有说明USB转串口驱动没有安装,须重新安装。
记住括号里的COM口号。
图22成功安装USB转串口驱动示意图
2、下载程序
打开STC单片机下载软件文件夹,点击运行程序,出现如下界面。
图23下载软件
正确选择MCU类型为STC89C52,COM口(与刚才安装的COM号一致),最高波特率和最低波特率选择高速,如果不成功则尝试降低拨特率,并打开正确的.hex数据文件。
点击“Download/下载”按纽,窗口出现提示:
Chinese:
正在尝试与MCU/单片机握手连接...
Connectionisfailure.Youcantry:
yourMCUPowerOnReset.
operation,thenre-selectCOMPort.
PLCC-DIP/PQFP-DIPSockettracetoolong.
theSTCversion.
stillerror,yourMCUFirmwareiserror
ornull.
连接失败,请尝试以下操作:
1.在单片机停电状态下,点下载按钮,再给单片机上电
2.停止下载,重新选择RS-232串口,接好电缆
3.可能需要先将短接到地
4.可能外部时钟未接
5.因PLCC、PQFP转换座引线过长而引起时钟不振荡,请
调整参数
6.可能要升级电脑端的STC软件
7.若仍然不成功,可能MCU/单片机内无ISP系统引导码,
或需退回升级,或MCU已损坏
8.若使用USB转RS-232串口线下载,可能会遇到不兼容
的问题,可以让我们帮助购买兼容的USB转RS-232
串口线
仍在连接中,请给MCU上电...
按下电路板上的电源按纽,保证其有个失电至上电的过程,则窗口显示开始烧录芯片。
五、运行与使用
1、上电运行
下载完成后程序自动运行,或重上电后程序正常运行,如图23所示。
图23上电运行图
2、键盘操作说明
4*4矩阵键盘定义如下
78910(清0)
45611(删除)
12312(未定义)
14(未定义)015(.)13(确定价格)
其中:
键0—9为数字键,用于单价设定。
键15为小数点,也用于单价设定。
键10为清零键,每次测量之前,请先按清0键,以使重量和价格回零。
键11为删除键,逐位删除敲错的单价。
键13为单价确定键,按下该键则设定的单价有效,开始计算总价。
3、常用使用步骤:
打开电源,屏幕显示电子秤初始化成功,此时重量和单价为0,金额为空;
通过数字键和小数点键键入单价,完成后按下单价确定键。
在支架上放上待称重物体,液晶屏显示重量(单位为kg),单价(单位为元)和总金额(单位为元)。
称重量程为0—10kg,单价设定范围为元—元,总金额显示范围为0元—元。
超过量程声光报警。