基于单片机的电子秤设计.docx

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基于单片机的电子秤设计

智能电子秤设计

摘要

电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。

它与我们日常生活紧密结合成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。

电子称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。

本系统针对电子称的自动称重、数据处理等进行了设计和制作。

为了阐明用单片机是如何对采样数据进行处理，对数据的采集和转换、计算问题进行了研究，讨论了单片机控制系统中关键的计算问题。

本文在给出智能电子称硬件设计的基础上，详细分析了电子称的软件控制方法。

单片机控制的电子称结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。

关键词：

电子称；单片机；称重传感器

Abstract

Intelligentelectronicscaleisthedetectionandconversiontechnology,computertechnology,informationprocessing,digitaltechnology,anintegratedmoderntechnologyofnewweighingequipment.Itiscloselyintegratedwithourdailylivesintoaconvenient,fast,precisionweighinginstrument,widelyusedincommercial,planthealthplant,countrymarkets,supermarkets,shoppingmalls,andretailandotherpublicplaces,informationdisplayandweight.

IntelligentElectronicssaidthekeytoSCMasthecentralcontrolunit,throughtheweighingsensoranalog-digitalconversionunit,intheaccompaniedkeyboard,displaycircuitandpowerfulsoftwaretocomponent.Saidnotonlyaccuratemeasurementoftheelectronic,fastandconvenient,moreimportantly,automaticweighing,statisticsshowthatbythemajorityofusers.IntelligentElectronicssaidthataseasytocarry,easytouse,theimpactonpeople'slivesmoreandmore.

Thissystemisknownfortheelectronicautomaticweighinganddataprocessingofresearch.ToillustratehowtousetheMCUissamplingdataprocessing,dataacquisitionandconversion,computationalproblemsstudied.DiscussthekeySCMsystemcalculation.Thispaperpresentedthehardwaredesignofintelligentelectronicsthat,basedondetailedanalysisoftheelectroniccontrol,saidthesoftware.Asthestructureofmicroprocessorcontrolledelectronicsthatsimple,lowcostandverypopular,thiswillbediscussedindetail.

Keywords:

electronicscale;MCU;Loadsensor

1绪论

1.1称重技术和衡器发展

称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。

电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，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。

电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂，由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。

特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。

这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。

近年来，电子秤已愈来愈多地参与到数据处理和过程控制中。

现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成部分。

随着称重传感器各项性能的不断突破，为电子秤的发展奠定了其础，国外如美国、西欧等一些国家在20世纪60年代就出现了0.1%称量准确度的电子秤，并在70年代中期约对75%的机械秤进行了机电结合式的电子化改造。

称重装置不仪是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。

称重装置的应用已遍及到围民经济各领域，取得了显著的经济效益。

因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。

50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。

60年代初期出现机电结合式电了衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，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和数字智能型。

现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展。

电子称重技术从静态称重向动态称重发展：

计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。

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化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。

电子秤是电了衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是围计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，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。

2方案比较与论证

2．1题目要求

2．1．1基本要求

1．采用简易键盘设置单价，对采集到的代表重量的信号能同时显示重量、金额和单价商品名称；

2．显示的单位为公斤，最大称重为80斤；

3．单价的单位为元，最大金额数值为99.9元；

4．总额累加计算功能；

5．自拟4种商品名称，能显示购物清单，清单内容包括：

品名称，数量，重量，单价、本次购物总金额；

2．1．2发挥部分

1．允许用电压值可预置的直流电压代表重量采集信号，可以用代号表示购物清单的各项信息。

2．具有超重报警功能。

2．2主要器件的选择

2．2．1单片机主控制器件的选择

本系统基于51系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。

不宜采用大规模可编程逻辑器件：

CPLD、FPGA来实现。

另外系统没有其它高标准的要求，我们最终选择了AT89S52通用的比较普通单片机来实现系统设计。

内部带有8KB的程序存储器，在外面扩展了32K数据存储器，以满足系统要求。

2．2．2称重传感器的选择

称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阴应变式等8类，以电阻应变式使用最广。

电阻应变式称重传感器是利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作的，其内部结构如图2.1所示。

主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。

电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。

测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。

电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。

图2.1CZL-108平行梁式称重传感器内部原理图

电阻应变式传感器的称量范围为300克至数千千克，计量准确度达1/1000～1/10000，结构较简单，可靠性较好。

大部分电子衡器均使用此传感器。

2．2．3放大电路的选择

称重传感器输出电压振幅范围0～20mV。

而A/D转换的输入电压要求为0～2V，因此放大环节要有100倍左右的增益。

对放大环节的要求是增益可调的（70～150倍），根据本设计的实际情况增益设为100倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。

按照输入电压20mV，分辨率20000码的情况，漂移要小于1旧。

由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（±lI.LV），从而保证了放大环节对零点漂移的要求。

残余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。

稳定的增益量可以保证其负反馈回路的稳定性，并且最好选用高阻值的电阻和多圈电位器。

由称重传感器的称量原理可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成△R/R，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值120Ω，灵敏系数K=2，弹性体存额定载荷作用下产生的应变为l000￡，应变电阻相对变化量为：

△R/R=K×￡=2×1000×10-6=0.002公式1

由上式可以看出电阻变化只有0.24Ω，其电阻变化率只有0.2%。

这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。

因此，必须采用转换电路，把应变计的△R/R变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D转换器接收的信号。

在前级处理电路部分，我们考虑可以采用以下几种方案：

方案一：

利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路；

普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。

由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。

所以，此种方案不宜采用。

方案二：

主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；差动放人器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放（如OP07）做成一个差动放大器。

一般说来，集成化仪用放大器具有很高的共模抑制比和输入阻抗，因而在传统的电路设计中都是把集成化仪器放人器作为前置放人器。

然而，绝人多数的集成化仪器放大器，特别是集成化仪器放大器，它们的共模抑制比与增益相关：

增益越高，共模抑制比越大。

而集成化仪器放大器作为心电前置放大器时，由于极化电压的存在，前置放大器的增益只能在几十倍以内，这就使得集成化仪器放大器作为前置放大器时的共模抑制比不可能很高。

有同学试图在前置放大器的输入端加上隔直电容（高通网络）来避免极化电压使高增益的前置放大器进入饱和状态，但由于信号源的内阻高，且两输入端不平衡，隔直电容（高通网