智能秤设计课件.docx
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智能秤设计课件
单片机课程设计报告
题目：
基于单片机的智能电子秤设计
院（系）工学院
专业电子信息工程
年级12—1班
姓名….学号12043117
指导教师…
2015年12月4日
基于单片机的智能电子秤设计
摘要：
电子秤主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。
电子称不但计量准确、快速方便，更重要的自动称重、数字显示，对人们生活的影响越来越大，广受欢迎。
一、设计任务与要求
（1）采用单片机设计的智能电子秤
（2）对被称量物重量进行显示
（3）通过键盘输入被称量物单价电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示
（4）当测量重量超过量程时能通过蜂鸣器和灯进行报警
二、方案设计与论证
2.1电子秤硬件设计方案
单片机电子秤硬件设计方案如图1所示：
图1单片机电子秤硬件方案
称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号。
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。
2.2称重传感器的选择及测量原理
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
2.2.1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。
2.2.2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0.02%，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。
2.2.3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。
三、电路设计
3.1称重传感器电路
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工作原理如图3所示:
图3测量电桥原理
3.2HX711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（2.7～5.5V）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。
本课题设计的HX711电路如图6所示：
图6HX711电路
3.3单片机电路
本课题设计的电子秤的单片机应用电路如图7所示：
图7STC89C52单片机电路
图中DOUT和PDSCK为单片机与HX711的AD转换电路交换数据的通信线。
beep为蜂鸣器报警信号线，alert为报警灯信号线，RXD和TXD为串口通信线，也可以用于单片机程序的串行ISP下载。
3.4显示电路
液晶屏电路如图8所示:
图8LCD显示电路
LCD_CS、LCD_RES、LCD_RS、LCD_SDA、LCD_SCK为液晶模块与单片机接口的控制线。
CS_ZK、SCK_ZK、SO_ZK和SI_ZK为字库和单片机接口的控制线。
该液晶为晶讯联公司的128*64汉字屏JLX12864G-086-PC显示信息。
该显示模块既可以当成普通的图像型液晶显示模块使用（即显示普通图像型的单色图片功能），又含有JLX-GB2312字库IC，可以从字库IC中读出内置的字库的点阵数据写入到LCD驱动IC中，以达到显示汉字的目的。
3.5电源电路
本设计采用USB接口供电，电源电压5V。
同时，USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。
其电路原理如图9所示:
图9供电及程序下载电路
3.6矩阵键盘电路
矩阵键盘电路如图10所示：
图10矩阵键盘电路
图中4*4矩阵键盘可以显示0-9数字、小数点和五个功能键。
键盘行扫描信号为ROW1—ROW4，列扫描信号为COL1—COL4。
行信号为输入信号，低电平有效；列信号为输出信号。
当没有键按下时，即使行扫描输入低电平信号，列信号仍为高电平；当行扫描为低电平并且有键按下时，相应的列输出低电平。
该低电平信
号可以定位至按下键的位置。
3.7声光报警器电路
声光报警电路如图11所示。
图11声光报警电路
当测量重量超过量程时，beep和alert给出低电平信号，驱动蜂鸣器鸣响，报警灯亮。
四、软件编程
4.1软件流程图
本设计主程序使用了定时器，用来实现每0.5秒称重一次的功能，流程图如图12所示。
键盘扫描程序如图13所示：
图12时钟中断
图13键盘扫描程序流程图
4.2总原理图五、程序分析
主程序软件流程如图14所示：
图14主程序流程图
五、结论与心得
对于此次设计，我学到了很多平时难得的东西，首先是团队协作，在这次设计当中，难免产生观点和意见的分歧，以及分工明细、时间安排等不合理，通过这次设计，我们体会到了团结合作的重要性及力量之强大，还有让我们处理事情更加有条理，思路更加清晰明了了，发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都将受益于我在以后的学习、工作和生活中。
此次的设计，其实也是我们所学知识的一次综合运用，让我深深的认识到了学习单片机要有一定的基础，要有电子技术方面的数字电路和模拟电路等方面的理论基础，特别是数字电路；也要有编程语言的汇编语言或C语言。
要想成为单片机高手，我们首先要学好汇编语言，然后转入C语言学习，所以我们不能学到后面就忘了前面的知识，更应该将所学的知识紧紧的结合在一起，综合运用，所谓设计，就是要求创新，只有将知识综合运用起来才能真正的设计好。
六参考文献
[1]高峰，《单片微型应用系统设计及实用技术》北京机械工业出版社，2004
[2]李朝清，《单片机原理及接口技术》北京：
北京航空航天大学出版社，2010
[3]刘守义,《单片机应用技术》西安电子科技大学出版社，2008
[4]任元，吴勇，《常用电子元器件简明手册》北京：
工业出版社，2000
附件
主程序
#include
#include
#include
#include"lcd.h"
#include"hx711.h"
#include"keyboard.h"//定义量程系数
#defineRATIO1287/1000//1574/1000//2114/1623//定义标识
volatilebitFlagTest=0;//定时测试标志，每0.5秒置位，测完清0
volatilebitFlagKeyPress=0;//有键按下标志，处理完毕清0
volatilebitFlagSetPrice=0;//价格设置状态标志，设置好为1。
sbitLedA=P2^2;//管脚定义
sbitbeep=P1^0;
sbitalert=P1^1;
intCounter;//显示用变量
ucharidatastr1[6]="000000";
inti,iTemp;//称重用变量
unsignedlongidataFullScale;//满量程AD值/1000
unsignedlongAdVal;//AD采样值
unsignedlongweight;//重量值，单位g
unsignedlongidataprice;//单价，长整型值，单位为分
unsignedlongidatamoney;//总价，长整型值，单位为分
ucharkeycode;//键盘处理变量
ucharDotPos;//小数点标志及位置
voidint2str（int,char*）;
voidData_Init（）;
voidPort_Init（）;
voidTimer0_Init（）;
voidTimer0_ISR（）;
voidINT1_Init（）;
voidKeyPress（uchar）;
voidTo_Zero（）;
voidDisplay_Price（）;
voidDisplay_Weight（）;
voidDisplay_Money（）;
voidint2str（intx,char*str）//整型转字符串的函数，转换范围0--65536
{
inti=1;
inttmp=10;
while（x/tmp!
=0）
{
i++;
tmp*=10;
}
tmp=x;
str[i]='\0';
while（i>1）
{
str[--i]='0'+（tmp%10）;
tmp/=10;
}
str[0]=tmp+'0';
}
voidTo_Zero（）
{
Full
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