基于单片机的电子称.docx

基于单片机的电子称.docx

《基于单片机的电子称.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的电子称.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的电子称

目录

摘要1

关键词1

Abstract1

Keywords1

1设计的基本要求、思想及工作原理2

1.1电子称设计的基本要求2

1.2电子称设计的基本思想2

1.3电子称设计的工作原理3

1.3.1工作原理3

1.3.2计量性能3

2设计的基本结构4

2.1测量采集数据4

2.1.1传感器4

2.1.2放大器7

2.1.3信号转换器10

2.2人机交互13

2.2.1输入模块13

2.2.2显示模块15

2.2.3过载报警电路16

2.2.4电源16

2.3主控电路17

2.4硬件电路总图19

3软件设计19

3.1程序流程图19

3.2程序设计语句19

4总结20

附录A硬件电路图22

附录B电子称源程序23

致谢29

基于单片机的电子称设计

摘要：

首先通过压力传感器将其采集到的被测物体的重量转换成电压信号，输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。

放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制的译码显示器显示出被测物体的重量。

按照本设计的基本要求，系统可分为三大模块：

采集数据模块、系统控制模块、人机交互模块，其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。

转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。

此部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控制。

在扩展功能上，本设计增加了一个过载报警提示。

关键词：

压力；放大；数码管；LCD显示；单片机

TheDesignofElectronicbalancebasedontheSinglechipmicrocomputer

Abstract：

Firstofall，convertingtheweightofthemeasuredobjectintoavoltagesignalthroughthepressuresensor,usuallytheoutputvoltagesignalisextremelyweak,weneedanaccuratelylinearamplificationthroughthefront-endsignalprocessingcircuit.ThroughtheA/DconversioncircuittheamplifiedanalogvoltagesignalconvertedtodigitalandsenttothemaincontrolcircuitoftheSCM,thenthroughtheSCM-controlleddecodingdisplayshowedustheweightofthemeasuredobject.Accordingtothebasicrequirementofthisdesign,thesystemcanbedividedintothreemodules：

thedataacquisitionmodule,thecontrollermoduleandtheman-machineinterfacemodule,thedataacquisitionmoduleincludeapressuresensor,asignalpre-processingandanA/D-conversionparts.Thecontrollerprocessingtheconverteddigitalsignalsandcontinueprocessthisdigitaltillit’sfinished,afterwhilethedrivedisplaymodulewillfinishtheman-machineinformationexchange.Thispartsoftwaredesignarehighlydemanded,mostfunctionsrequiredsoftware-control.Intheextendfunction,thisdesignaddanoverloadalarm.

Keywords:

Pressure；Amplification；Nixielight；LCDdisplay;Singlechipmicrocomputer

引言

在日常生活中我们时常需要对物体的重量进行测量，此时我们需要用到秤，但随着社会的日益进步、科学的迅猛发展，我们对称量的要求日趋准确方便。

传统纯机械结构的称量装置已经逐步被淘汰，以电子秤、电子天平等为主流的电子产品以其方便、快捷、准确、显示直观等诸多优点而受到百姓的喜爱。

电子秤向着提高精度和降低成本方向发展。

各个国家都非常重视称重技术的研究和衡器工业的发展。

早在五十年代中期电子技术渗入后推动了衡器工业制造的发展。

六十年代初期的时候出现了电机结合式的电衡器，经过四五十年的不断改进跟完善，我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型、数字智能型。

现如今电子衡器制造技术及其应用得到了新的发展。

电子称重技术从静态向动态发展；计量方法从模拟向数字发展；测量特点从单参数向多参数发展，特别是对动态快速称重方向的研究与应用。

通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型、模块、集成、智能化；其技术性能速率、准确度、稳定性、可靠性趋向更高的水平。

电子秤是电子衡器的一种，而衡器是国家法定计量器具，是围绕民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可或缺的计量设备，衡器产品技术水平的高低，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。

电子称量的发展引起了对成本低、性能高的模拟信号处理器件需求的增加。

电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量的大小、参数或特性。

1设计的基本要求、思想及工作原理

1.1电子称设计的基本要求

本设计的核心是以电阻传感器为测量元件，以单片机为功能完善的电子秤，这大大简化了系统的设计，并根据现实应用中电子秤的基本功能和开发流程得知，我们本次设计的主要工作为：

（1）学习并掌握电阻传感器及单片机的工作原理，了解编程方法和系统的开发流程；

（2）分析电子秤的基本功能，提出一个系统的设计方案；

（3）画出设计的电路，并对电子称的各个模块方案进行分析和选择；

（4）选择恰当的开发工具，编写系统的应用程序，在开发环境中编译、连接；

（5）电子称重范围：

0～10Kg；称量误差不大于

0.01Kg；

（6）计算称重后的价格（即单价*重量）。

1.2电子称设计的基本思想

现在在商业贸易中，使用最为普遍的是台式称，但其体积大、成本高、携带不便、应用范围窄是其使用受限的主要原因。

现通用的便携秤多为杆秤或弹簧秤。

较高的工艺要求，弹簧使用限度等都限制了弹簧秤的使用及发展。

无法彻底解决弹簧的疲劳问题，弹簧弹性一旦超过其使用限度，弹簧秤就会产生很大误差，甚至是损坏，严重影响到弹簧称使用的准确性和可靠性。

另外由于在实际的使用中，称量会过载，但又不能超出其要求的范围，为此我们还在设计中加入了过载保护及提示。

综合以上事实，我们本次电子称设计的主要思路为：

我们利用电阻传感器将采集到的压力信号变化转化为电压信号的变化，然后再经过放大电路将其放大，并转换为数字信号，最后将数字信号送入单片机。

经过单片机的信号处理后，得到当前所称量物体的重量，并显示出来。

1.3电子称设计的工作原理

这种精度较高的智能电子秤体积略小、计量精准、携带便宜，能够满足商业和居家生活的使用需求。

1.3.1工作原理

电子称的设计工作原理为：

将物体放置在称重台上，物体的重量使电阻应变片发生形变产生压力信号，并将此信号转化为电压信号，通过放大器放大，通过模数转换器变为数字信号，再通过单片机处理将其显示在显示屏上；若是称重的物体超过设计的电子称的称量范围，蜂鸣器自动报警，以保护电子称。

其系统工作结构框图如图1-1所示。

图1-1电子称称重系统的结构框图

1.3.2计量性能

量程、分度值、分度数、准确度等级等都是电子秤的计量性能及涉及到的主要技术指标。

（1）量程是电子秤在正常工作的情况下，所能称量的最大值，即满刻度值。

（2）分度值是指在电子秤的测量范围内被分成了若干个等份，每一份的值为分度值。

一般用字母d来表示。

（3）分度数是指将测量范围分成的等份数，总份数也就是分度数用字母n来表示。

电子称的量程Max可用总分度数n与分度值d的乘积来表示，即Max=n*d。

（4）准确度等级，根据在国际法制计量组织中将电子秤按照不同的分度数将电子称分为I、II、III、Ⅳ四个等级，分别对应着电子秤的不同准确度和分度数n的范围，如表1-1不同准确度的电子秤和分度数所示。

表1-1不同准确度的电子秤和分度数

2设计的基本结构

对于本次电子称的设计，基于对题目要求的考虑，将系统分为测量（压力传感器、放大电路）、控制（单片机）、键盘、数据显示和电路电源共五个部分。

2.1测量采集数据

测量部分利用压力传感器检测物体的重量，得到微弱的电信号（即电阻传感器输出电压信号），再利用放大器将此电信号放大，并通过A/D转换器将其转换为数字信号。

2.1.1传感器

测量力的传感器有压电传感器，它是某些电解质物质在一特定方向上受到了外力的作用，不仅是其几何尺寸的变化，而且内部也会变化产生极化现象，同时又在其两表面相应的产生符号相反的电荷进而形成电场；而当外力去掉时，其又回到那种不带电的原始状态。

其晶体表面电荷极性与受力的关系如图2-1所示。

图2-1晶体表面电荷极性与受力的关系示意图

它是一种典型的自发电式的传感器。

其虽有诸多优点但我们最终还是由于其价格高而选择了电阻应变片式的传感器。

电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。

金属丝的电阻随着它所受的机械形变（拉伸或压缩）的大小而发生相应变化的现象称为金属的电阻应变效应[1]。

金属应变片不仅能够测量试件的应力跟应变，还可以制造各种各样的应变式传感器，这些传感器件用来测量力、扭矩、位移跟压力等其他的物理量。

在本次设计中，我们选择的是梁式力传感器。

电阻应变片在实际的应用当中，选用应变片的时候我们要考虑到应变片的性能及多种参数（主要有：

应变片的电阻值、灵敏度、允许电流和应变的极限）。

它的主要规格有60Ω、120Ω、350Ω、600Ω和1000Ω等，其中350Ω的应用最多。

将电阻的应变丝做成应变片的时候，它的应变特性与金属单丝时是不完全相同的，故进行统一标准的实验测定后发现ΔR/R与ε的关系在很大范围内仍然有着良好的线性关系，即

或

式中K称为电阻应变片的灵敏系数。

应变片可以将其受到压力后相应的形变转换为电阻的变化，从而使电路中的电压或者电流发生变化。

为了方便测量通常采用直流电桥或者交流电桥。

由于应变片电桥电路的输出信号都比较弱，所以我们采取利用放大器来放大其采集到的电信号，电阻传感器的电桥输出与直流放大器相连如图2-2所示。

图2-2直流电桥与放大器连接示意图

由上图2-2直流电桥与放大器连接示意图可知，电桥中的四个电阻全部设置为应变片。

因为直流放大器的输入电阻比电桥电阻要大得多，所以将电桥输出端看为开路，这种电桥被称为“电压输出桥”，输出电压U0为