基于cs5532的高精度药品自动称重系统论文本科毕业论文.docx
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基于cs5532的高精度药品自动称重系统论文本科毕业论文
密级
学号
毕业设计（论文）
基于CS5532的高精度药品
自动称重系统的研究
院（系、部）：
信息工程学院
姓名：
年级：
专业：
测控技术与仪器
指导教师：
教师职称：
讲师
2013年06月15日·北京
北京石油化工学院
毕业设计（论文）任务书
学院（系、部）信息工程学院专业班级
学生姓名指导教师/职称
1.毕业设计（论文）题目
基于CS5532的高精度药品自动称重系统的研究
2.任务起止日期：
2012年12月12日至2013年06月22日（含岗位实习）
3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含原始数据及应提交的成果）
具体工作任务与要求：
翻译外文资料（不少于25000字符）
技术调研
提出高精度药品自动称重系统方案
确定控制系统硬件总体方案及实现
确定控制系统软件方案及实现
预期培养目标：
具备文献查阅与综合能力
具备外文阅读与翻译能力
具备数据收集、分析、计算和处理能力
具备项目调研、设计及调试能力
具备现场解决问题的能力
具备一定的科技论文写作能力
最终提交材料：
外文资料原文（不少于25000字符）及翻译稿
设计说明书
系统硬件原理图
系统软件流程图及代码
4.主要参考文献
图书馆藏嵌入式相关图书；
cnki中国期刊全文数据库及万方数据库；
5.进度计划及指导安排（前5周的内容安排在寒假前）
周次
日期
工作内容
具体要求
1
熟悉题目、查阅文献资料
2
熟悉题目、查阅文献资料
3
翻译本专业原文资料、方案论证
4
翻译本专业原文资料、方案论证、开题
交译文/开题报告
5
系统硬件方案设计
交硬件配置图
6
系统硬件方案设计
交逻辑描述图
7
系统硬件原理图设计
交I/O表格及画面
8
系统硬件PCB设计
9
系统硬件PCB设计
10
系统软件设计
11
系统软件设计
12
系统软件设计
13
系统软件设计
注：
要求部分软件编制。
只交流程图
14
整理软硬件资料编写论文
15
整理软硬件资料编写论文
16
整理软硬件资料编写论文
17
整理软硬件资料编写论文
18
毕业答辩
交论文
任务书审定日期年月日系（教研室）主任（签字）
任务书批准日期年月日教学院（系、部）院长（签字）
任务书下达日期2012年12月12日指导教师（签字）
计划完成任务日期2013年06月22日学生（签字）
摘要
随着计算机和测控技术的不断进步与发展，人们对称重系统的要求也越来越高，药品的包装现场，需要精确、操作简便和快速的称重装置。
本论文采用电阻应变片式压力传感器，被待测物施加了一个压力，导致传感器发生一定形变，从而使传感器阻抗产生改变，并使其电压产生改变，输出一个变化的模拟信号。
经放大电路放大该信号输出到CS5532（高精度24位A/D转换芯片，可实现传感器微弱信号的采集与转换,提高了系统的精度）将其转换成数字信号输出到核心控制器80C52。
80C52根据发出的命令或者程序将运算结果输出，应用于实际产品中,提高了工作效率,体现了良好的技术效果,实现了药品的精准测量，具有良好的应用前景。
关键词 CS5532 电子称 80C52 自动称重
Abstract
Withthecomputerandcontroltechnologycontinuestoprogressanddevelopment,peopleweighingsystemrequirementarealsoincreasing,pharmaceuticalpackagingsite,youneedaccurate,easytooperateandfastweighingdevice,Inthisthesis,theresistancestraingaugepressuresensorisapressuretestwasapplies,resultinginoccurrenceofadeformationsensor,thesensorimpedanceisgeneratedsothatchangesandtogeneratechangeinvoltage,achangeintheoutputanalogsignal.theamplifiercircuitamplifiethesignaloutputtotheCS5533（precision24A/Dconversionchip,enablingthesensorweaksignalacquisitionandconversion,improvetheaccuracyofthesystem）toconvertitintoadigitaldignaltothecentralcontroller80C52.80C52accordingtotheprogramissuedacommandoroperationresultoutputappliedtheactualproducts,improveworkefficiency,reflectingthegoodtechnicalresults,toachieveaprecisemeasurementofdrugs,hasagoodapplicationprospect.
Keywords:
CS553280C52automaticweighingelectronicscales
目录
第一章绪论1
1.1自动称重系统的研究背景1
1.1.1称重系统的现状及发展1
1.1.2传感器技术的现状及发展2
1.1.3压力传感器的历程及发展趋势3
1.2本文研究的意义6
1.3本文研究的内容及工作安排6
第二章CS5532高精度药品自动称重系统的总体方案设计8
2.1总体结构设计8
2.2设计方案实施8
2.2.1设计方案的结构8
2.2.2传感器选型9
2.2.3单片机选型10
第三章系统装置设计及硬件配置12
3.1电阻应变片式压力传感器12
3.1.1传感器的工作原理12
3.1.2传感器的硬件配置17
3.2LM324变送电路18
3.2.1LM324原理介绍18
3.2.2硬件配置18
3.2CS5532原理综述19
3.2.1CS5532工作原理19
3.2.2CS5532的硬件配置及说明26
3.3单片机80C52的综述28
3.3.180C52最小系统原理28
3.3.2硬件配置29
3.4LED显示模块32
3.4.1LED显示模块原理32
3.4.2硬件配置33
3.5protel说明及总体硬件配置图34
3.5.1protel软件说明34
3.5.2总体硬件配置图35
第四章Keil软件介绍及程序流程设计37
4.1Keil软件介绍37
4.2主程序流程图37
4.3CS5532初始化程序设计38
4.4CS5532A/D转换部分程序设计41
4.5数码管显示部分程序设计43
第五章结论与展望44
5.1研究结论44
5.2进一步研究的展望44
参考文献45
致谢47
附录48
声明58
第一章绪论
1.1自动称重系统的研究背景
1.1.1称重系统的现状及发展
随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高。
目前衡器行业计量系统有电子地磅，电子秤，皮带秤，电子天平等计量方式。
这些单一计量方式独立运行缺乏数据共享不能满足自动化的发展。
非标称重系统利用计算机网络技术和自动化技术将这些单一计量方式进行远程传输数据集中汇聚对生产过程进行集中监视、管理和分散控制充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点采用标准化、模块化、系统化设计配置灵活、组态方便。
下面为大家介绍目前市场主流的非标称重系统有配料称重系统，装载机称重系统，蒸汽称重系统无人值守称重系统等等个性化称重系统[7]。
配料称重系统是通过传感器,仪表,控制系统的结合.达到对罐体的称重计量工作,从而进行控制的系统.称重及控制系统主要由多只传感器,多路接线盒（含放大器）,显示仪表,输出多程控制信号.该系统可应用于各种箱体称重,罐装液体,固体称重及干粉搅拌机,砂浆配料搅拌机,液体配料罐等.用户可以直接接入PLC系统,终端控制系统,实现多程控制及自动化控制。
装载机称重系统是一种高精密度的动态计量设备;可称量煤或焦碳、有色矿、土方、花岗岩或大理石、砂子、碎石砖、工业及民用垃圾，挖掘材数及建筑材料添加料等。
由液压传感器和称重仪表组成，全动态计量，操作过程无需人工干预，自动累计，称重仪表可调为全中文信息如计量单位、过磅员、货物品种等，并可直接打印，精度误差可控制在1%，无论进口、国产各种型号的装载机均可装载安装。
蒸汽环形迷宫式称重系统、天平开合装置、直线升降及定角度旋转装置，既能适应不同的测试条件，又能实现自动称重，保证称重精度。
同时，为了提高测试条件的可控性，项目研发了高精度温湿度控制系统，能够精确控制蒸发环境。
无人值守称重系统是集远距离车号自动识别系统、自动语音指挥系统、称重图像即时抓拍系、红绿灯控制系统、红外防系统、道闸控制系统、远程监管系统于一身的智能称重系统。
就目前市场而言，各个行业对于称重系统的要求越来越个性化，企业也在不断发展新技术来迎合整个市场需求，非标称重系统在衡器行业发展前景势不可挡称重技术在人类社会各行业活动中是不可缺少的组成部分，近年来的发展取得相当惊人的紧张，主要表现在称重测量技术有静态测量向动态测量，在线测量和模拟化方向发展，尤其在动态数学模型的建立，系统理论，模糊理论，人工智能，神经网络，数字滤波，振动理论，阻尼技术等科学技术在称重领域的广泛应用，系统的自诊断，自适应及功能自组织的形成，使称重计量向测量系统的信息处理智能化，组合化和功能自适应方向发展，国际上已经取得了动态精密测量的技术突破，称重技术水平已跨入了高技术王国。
1.1.2传感器技术的现状及发展
随着科技的发展传感器技术不断成熟，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件，传感器是实现现代化测量和自动控制（包括遥感、遥测、遥控）的主要环节，是现代信息产业的源头，又是信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。
传感器技术将是21世纪人们在高新技术展方面争夺的一个制高点。
在国外，各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术的关键。
从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新技术之首，将开发和利用传感器技术列为国家重点发展的六大核心技术之一。
90年代，日本科学技术制定的重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。
美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点内容。
美国早在80年代初就成立了国家技术小组（BTG），帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。
美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器信息处理技术直接相关。
美国空军2000年举出15项有助于提高21世纪空军能力的关键技术，传感器技术名列第二。
我国在20世纪80年代以来也已将传感器技术列入国家高新技术发展的重点。
“八五”、“九五”期间，信息电子部、机械工业部等有关传感器产业的相关专业部门，都分别组织有关科研和生产的专家制订我国“传感器产业发展规划”[1]。
目前传感器的发展趋势可概括为以下几个方面：
一、集成多功能化：
1.把信息获取、放大、变换、传输以及信息处理和存储都制作在同一基片上，不仅具有检测功能，而且还兼有信号处理等其他功能。
2.把一些同样的单个传感器配置于同一个平面上，如将一些传感器配置成矩阵，称为二维传感器。
二、智能化：
传感器本身具有过程数据处理、自诊断能力、组态能力、存储功能、数字通信和自适应功能。
三、微型化：
微机械加工技术（MEMT）和微米/纳米技术将得到高速发展，为传感器的制作工艺提供了支持。
采用MEMT制作的微传感器，具有划时代的微小体积、低成本、高可靠等独特的优点。
四、精密化：
由于各种基础理论的发展和制造工艺的提高，传感器测量的精度和灵敏度得到了很大提高。
1.1.3压力传感器的历程及发展趋势
现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段:
（1）发明阶段（1945-1960年）:
这个阶段主要是以1947年双极性晶体管的发明为标志。
此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。
史密斯（C.S.Smith）与1945发现了硅与锗的压阻效应[2],即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。
依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为电信号进行测量。
此阶段最小尺寸大约为1cm。
（2）技术发展阶段（1960-1970年）:
随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的（001）或（110）晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯。
这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属-硅共晶体,为商业化发展提供了可能。
（3）商业化集成加工阶段（1970-1980年）:
在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀
技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术,主要有V形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。
由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。
（4）微机械加工阶段（1980年-今）:
上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。
通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。
利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。
从世界范围看压力传感器的发展动向主要有以下几个方向。
1光纤压力传感器
这是一类研究成果较多的传感器,但投入实际领域的并不是太多。
它的工作原理是利用敏感元件受压力作用时的形变与反射光强度相关的特性,由硅框和金铬薄膜组成的膜片结构中间夹了一个硅光纤挡板,在有压力的情况下,光线通过挡板的过程中会发生强度的改变,通过检测这个微小的改变量,我们就能测得压力的大小。
这种敏感元件已被应用与临床医学,用来测扩张冠状动脉导管气球内的压力。
可预见这种压力传感器在显微外科方面一定会有良好的发展前景。
同时,在加工与健康保健方面,光纤传感器也在快速发展。
2 电容式真空压力传感器
E+H公司的电容式压力传感器是由一块基片和厚度为0.8~2.8mm的氧化铝（Al2O3）构成,其间用一个自熔焊接圆环钎焊在一起。
该环具有隔离作用,不需要温度补偿,可以保持长期测量的可靠性和持久的精度。
测量方法采用电容原理,基片上一电容CP位于位移最大的膜片的中央,而另一参考电容CR位于膜片的边缘,由于边缘很难产生位移,电容值不发生变化,CP的变化则与施加的压力变化有关,膜片的位移和压力之间的关系是线性的。
遇到过载时,膜片贴在基片上不会被破坏,无负载时会立刻返回原位无任何滞后,过载量可以达到100%,即使是破坏也不会泄漏任何污染介质。
因此具有广泛的应用前景。
3 耐高温压力传感器
新型半导体材料碳化硅（SiC）的出现使得单晶体的高温传感器的制作成为可能。
这种传感器的主要优点是PN结泄漏电流很小,没有热匹配问题以及升温
不产生塑性变型,可以批量加工。
Ziermann,Rene报导了使用单晶体n型β-SiC材料制成的压力传感器,这种压力传感器工作温度可达573K,耐辐射。
在室温下,此压力传感器的灵敏度为20.2muV/VKPa。
.4 硅微机械加工传感器
在微机械加工技术逐渐完善的今天,硅微机械传感器在汽车工业中的应用越来越多。
而随着微机械传感器的体积越来越小,线度可以达到1~2mm,可以放置在人体的重要器官中进行数据的采集。
5 具有自测试功能的压力传感器
为了降低调试与运行成本一种具有自测试功能的压阻、电容双元件传
感器,它的自测试功能是根据热驱动原理进行的,该传感器尺寸为1.2mm×3mm×0.5mm,适用于生物医学领域。
6多维力传感器
六维力传感器的研究和应用是多维力传感器研究的热点,现在国际上只有美、日等少数国家可以生产。
在我国北京理工大学在跟踪国外发展的基础上,又开创性的研制出组合有压电层的柔软光学阵列触觉,阵列密度为2438tactels/cm2,力灵敏1g,结构柔性很好,能抓握和识别鸡蛋和钢球,现已用于机器人分选物品。
压力传感器的发展趋势
当今世界各国压力传感器的研究领域十分广泛,几乎渗透到了各行各业,但归纳起来主要有以下几个趋势[14]:
（1）小型化 目前市场对小型压力传感器的需求越来越大,这种小型传感器可以工作在极端恶劣的环境下,并且只需要很少的保养和维护,对周围的环境影响也很小,可以放置在人体的各个重要器官中收集资料,不影响人的正常生活。
（2）集成化 压力传感器已经越来越多的与其它测量用传感器集成以形成测量和控制系统。
集成系统在过程控制和工厂自动化中可提高操作速度和效率。
（3）智能化 由于集成化的出现,在集成电路中可添加一些微处理器,使得传感器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。
（4）广泛化 压力传感器的另一个发展趋势是正从机械行业向其它领域扩展,例如:
汽车元件、医疗仪器和能源环境控制系统。
（5）标准化 传感器的设计与制造已经形成了一定的行业标准。
如ISO国际质量体系;美国的AN-SI、ASTM标准、俄罗斯的ГOCT、日本的JIS标准
1.2本文研究的意义
随着药品单元生产的批量化和质量要求的提高关于药品重量具有重要的经济意义和社会意义如何设计符合现代药品生产质量和效率要求的称重检测系统就成了一个亟待解决的问题。
目前药品的成品单元主要分为片剂、丸剂和胶囊等几种，而其中胶囊的应用最为广泛。
但是，目前的国内药品生产系统中，对成品胶囊的精确称重处于空白，开展关于微量称重系统的研发，现有的药品称重检测设备存在的主要问题是提供了独立功能模块，但不能实现整体的药品称重检测过程，机械结构对不利于药品单元的总质量情况为标准，因此不能精确测量药品单元的最小单位，造成不合格率的升高。
利用重传感器对单个药品单元进行测量，克服了批量药品测量过程中出现的药品剂量不均问题，从而为微量药品检测工作提供了一种切实可行的方法。
CS5532由于其功耗低、面积小、精度高、抗干扰能力强等优点，非常适合应用于小剂量电子秤当中。
CS5532内部有一个完整的自校正系统,可进行自校准和系统校准,可消除A/D本身的零点增益和漂移误差,以及系统通道的失调和增益误差。
宽动态特性、可编程输出速率、灵活的供电方式及简便的三线串行输出模式,使得该A/D转换器极易和单片机接口,广泛适用于工业过程控制、称重仪器、便携式仪表及其它高分辨率测量等场合。
1.3本文研究的内容及工作安排
本论文主要研究了基于CS5532的高精度药品自动称重系统的研究，详细介绍了电阻应变片式压力传感器的电桥原理，工作原理。
CS5532的基本结构及其工作原理。
单片机80C51的工作原理。
设计传感器，CS5532，80C52，数码管显示部分连接图，及其汇编程序的编写。
文论的结构安排如下：
第一章绪论介绍了选题的自重称重系统研究背景，研究意义.
第二章总体方案设计包括方案总体结构及方案实施，传感器及单片机选型
第三章系统硬件设计介绍Protel软件；传感器、变送电路、CS5532、80C52、数码管显示部分的原理介绍及硬件配置；绘制原理图、PCB板；实物连接。
第四章Keil软件介绍及程序设计介绍Keil软件；主流程、CS5532初始化，A/D转部分、数码管显示部分的流程图绘制及程序设计；进行仿真。
第五章结论与展望总结本论文结论，给出展望。
附有参考文件，总程序，致谢，声明。
第二章CS5532高精度药品自动称重系统的总体方案设计
2.1总体结构设计
本课题是设计基于CS5532的高精度自动称重药品的研究，包括对传感器，CS5532，单片机，数码管显示，四个方面的技术研究，因此本次研究中的软硬件设计应至少包括以上四个方面，药品问题的高精度测量，CS5532其性能达到24位，增加了本文设计的难度，体现了本文研究的重要意义。
由于在显示生产过程中，传感器的精度直接影响到所测量的结果，所以本文在硬件连接中着重研究传感器的原理及其工作方式。
CS55322为本文的核心部分，通过对AD转换的编程完成设计的主体，单片机为核心，数码管显示为辅助，达到研究题目所要求。
2.2设计方案实施
2.2.1设计方案的结构
根据药品称重系统的研究，对于基于CS5532高精度药品自动称重系统的研究包括以下几个方面：
（1）传感器部分
（2）变送电路
（3）滤波电路
（4）CS5532AD转换程序的编程
（5）单片机80C52部分
（6）数码管显示部分
根据设计内容的要求进行了硬件总体结构的设计，硬件设计结构如下
图2-1硬件结构图
传感器：
将重量信号或压力信号转化成电量信号，
变送电路：
放大电信号。
滤波电路：
滤除杂波，提抗干扰。
CS5532：
将模拟量信号转化为数字量信号。
80C52：
数据处理，整体控制。
数码管：
显示测量结果。
2.2.2传感器选型
传感器是测量机构最重要的部件，目前常用的有电阻应变式压力传感器，电容式压力传感器，压电式压力传感器。
选用时应按着稳定性，精度等级，灵敏度，寿命和安装环境要求依次作为优先考虑[2]。
（1）电容式压力传感器稳定性差，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，寿命长。
（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，对测量环境要求太严格。
图2-2传感器使用参数
2.2.3单片机选型
80C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。
它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。
80C52内置8位中央处理单元、256字节内
升级会员 