大学生电子设计竞赛实用电子秤Word格式文档下载.docx

1、最大称重为9.999公斤，重量误差不大于0.005公斤；（3）单价金额及总价金额显示：单价金额和总价金额的单位为元，最大金额数值为9999.99元，总价金额误差不大于0.01元；（4）具有去皮功能和总额累加计算功能。1.2 发挥部分能显示购物清单，自拟10种商品名称或代号，清单内容包括：商品名称，数量，单价，金额，本次购物总金额。（1）清单内容的商品名称等可使用代号显示；（2）清单内容增加购货日期和收银员编号；（3）清单内容在（2）的基础上增加售货单位名称（自拟），且全部内容采用中文显示。1.3 创新部分 在完成基本要求和题目所提出的发挥部分要求的情况下，考虑到电子称实际应用的需要，又增加了标

2、定和时钟功能，另外由于实际当中，称可以有一定量的过载，但不能超出要求的范围，为此我们还设计了过载提示功能。2 单元电路的方案论证与电路参数计算本系统要求设计并制作一个实用电子称，能称重、计价、汇总，并能显示购物清单、日期等。根据上述设计要求画出的系统总体电路框图如图1所示。中央处理单元信号放大调理电路压力传感器点阵式LCD模/转换时钟芯片电源电路简易键盘图1 系统总体框图根据题目要求，控制方案的选择方案一：整个控制系统采用比较新颖的可编程逻辑器件如：CPLD/FPGA，其优点是高速性能好、功耗低；但在这方面我们平时训练掌握得不是很理想。方案二：中央处理单元选用我们熟悉的单片机。即最后电路的核心

3、采用最常用、好用和廉价的ATEMAL公司的AT89S52，下面仅就各个电路单元进行方案论证与设计。21 压力传感器的选择根据设计要求，市场情况和请教别人的经验，我们选择了济南金钟电子衡器股份有限公司生产的L-PS II-10型压力传感器，为双孔悬臂梁形式，是电子计价秤的专用产品，也可用于制造由单只传感器构成的电子案秤，台秤及专用衡器等，其主要技术指标如表一所示，各项指标较济南市场上见到的同类传感器优秀的多，只是价格上稍微贵了一些，实际应用的结果表明，物有所值。 表一 压力传感器主要技术指标准确度等级 Accuracy class C3 0.02 0.03 额定载荷Rated load kg 3

4、、6、10、20、30、50 灵敏度 Sensitivity mV/V 1.80.08 非线性 Nonlinearity %F.S. 0.02 滞后 Hysteresis 重复性 Repeatability 蠕变 Creep %F.S./30min 蠕变恢复 creep recovery 零点输出 Zero balance 1 零点温度系数 Zero temperature coefficient %F.S./10 额定输出温度系数Rated output temperature coefficient 输入电阻 Input resistance 415445 输出电阻 Output resi

5、stance 349355 绝缘电阻 Insulation resistance M 5000 供桥电压 Supply voltage V 12（DC/AC） 温度补偿范围 Temperature compensation range -10+50 允许温度范围 Safe temperature range -20+60 允许过负荷 Safe overload 120 极限过负荷 Ultimate overload 200 四角误差 Four corner error 0.03 连接电缆Connect cable mm 3.8300 接线方式 Method of connecting wire

6、 输入 Input（+）: Red 输入 Input（-）:White 输出Output（+）:Green 输出Output（-）:Blue 屏蔽 Shield : Yellow 22 A/D转换器选择A/D转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会使得整个设计毫无意义。按设计要求：电子称最大称重为9.999公斤，重量误差不能大于0.005公斤。我们的理解是满刻度时，只能有5g的误差，精度要求较高，为0.05%FS。A/D转换器位数的选择：传感器的灵敏度仅为1.80.08 mV/V，在加上5V激励后，实测输出仅17mV。 按上述精度要求，A/D转换后，每位代表的重量不应高于：，所以至少需要

7、N11位ADC（其分辨率为），考虑前向通道中，传感器、信号放大及调理电路等的精度损失，选用的AD至少需要比计算高出2位以上，即至少需要14位的ADC，因此，常用的12位逐次比较式的AD574A、MAX197及4位半双积分式的TLC7135都不能满足要求。采用V/F变换芯片LM331该方案是使用压频变换器件，把电压信号转化为频率信号，单片机通过计数获得重物的重量，此方案，可不用AD，但需要比较复杂的小信号放大、调理电路，并且LM331外围电路较繁琐，参数配置相对严格，故未采用。选用16位逐次比较式ADC该方案可满足精度要求，但需要比较复杂的小信号放大、调理电路，如果信号调理不好，会对结果造成很大

8、影响，在时间有限的情况下，应尽量避免没把握的方案。方案三：选用高分辨率信号调理ADC经过多方比较、论证，最终，我们选择了美国AD公司推出的一款24位分辨率的多路信号调理模数转换器件AD7714。该芯片内集成了缓冲器、时钟发生器、可编程增益放大器、数字滤波器、-调制器以及电荷平衡式/转换器等电路，由于7714采用了-技术实现/转换，使它更加不受噪声环境的影响, 具有线性度好、功耗低、增益G=1128可编程，无须前端信号调理、可编程低通滤波器截止频率等优良特性，非常适合于工业过程控制及便携式仪器应用中温度、压力等高精度测量。ADC与AT89S52的接口电路如图2所示，非常简单。23 液晶显示电路

9、按题目要求，和实用的角度来说，显示部分最好是选用液晶显示器。液晶显示器有段式、点阵字符式、点阵图形式等几种。为了节省宝贵的时间，我们选择了平常训练时采用的点阵图形式显示器，型号为MGLS-240128T,内藏显示控制器T6963C。虽不含字库，但接口简单，编程容易，美观大方。当然，从实用的角度讲，应选择细长型的较好。液晶显示器与MCU的接口如图3所示。图2 AD7714与AT89S52的接口电路图3 液晶显示器与MCU的接口24 键盘电路由于电子称需要设置单价（需一个设置键和十个数字键），还具有去皮、累计、标定、结算、确认、删除等功能，总共需设置18个键（包括一个复位键）。考虑到单片机外围电路

10、多，需要处理的任务多，为减轻单片机的负担，又使得键盘操作简单可靠，我们采用了键盘管理芯片8279，由于这是一种常用电路，它与单片机的接口电路不再赘述。25 日历时钟电路按发挥部分的要求，需要显示购货日期。最简单的办法是在电路中增加了一颗日历时钟芯片。既有串行接口的，如DS1302等，但他们往往需要外加电池，保证系统失电时保存数据，编程较麻烦；也有并行接口的，与RAM使用同一个插座，我们选用的是自带锂电池，解决了Y2K问题的DS12C887，它内部还具有114个RAM可供系统在调电后存储标定系数等数据。与MCU的接口电路如图4所示。图4 DS12C887与MCU的接口电路26 电源电路 系统需要

11、5V电源，传感器需要5V以上或10V以上的线性电源（不能用开关电源，否则称重数据不稳定）。我们买了一块廉价的，具有5V，12V输出的开关电源，5V直接作为数字电源，5V 由12V 通过LM7805和 LM7905进行DC/DC变换得到，效果非常好，物美又价廉。3 软件设计31 软件所实现的功能 称重 计价 累计，去皮 标定 键盘、显示 汇总32 软件流程系统的主程序流程框图如图5所示。图7 系统的主程序流程框图4 测试方法与仪表41 测试仪表4位半数字万用表（MASTECH MY-65），双踪示波器（YB4325），从1g到1000g的砝码（两套），计算器42 操作方法 把传感器放平，接通电源

12、，显示主界面，预热30分钟内，零点有漂移属正常； 如果空称时显示不为零，可按去皮键清零；如需去除器皿皮重，先按去皮键，再在器皿上放物件，则显示净重； 第一次使用或较长时间未用，则需用砝码标定； 如果物价重量超出测量范围，显示OVER!以示警告； 单价设置时，先按设置键，再用数字键输入单价，可使用删除键修改。43 测试方法 电子称放平，预热30分钟以上； 把1g到10000g的砝码往称上放，读取显示重量； 设置单价，当物件重量变化时，读取相应的金额； 使用累计功能，读取总金额； 用1000g的砝码标称，标定功能； 使用汇总功能。4 4 测试数据及测试结果分析 测试数据 按照操作方法，在实验室对1

13、g到10000g的砝码进行测试,从小到大，然后从大到小，间隔一定时间，共测量10个来回，共20次； 测试结果及分析 表一：重量测试结果与误差分析实际重量测示重量绝对误差相对误差0.001kg2kg1. 001|1.99910%100%3kg2.9990.0010.033%4kg3.9990.025%5kg4.9980.0020.04%表二：单价金额计算误差分析（随机重量和单价）单价（元）实际金额显示金额0.200kg126.0024.60.199kg15.323.053.040.500kg68.1634.081.000kg3.56从表二可知，显示金额与实际金额相比，都在要求的范围之内。总价金额

14、为各个金额的累加值，只要不溢出，总价金额绝对是各次显示金额的总和，其误差仅由单价金额的误差决定。5 结语通过测试，系统完全达到了设计要求，不但完成了基本要求，发挥部分的要求，并增加了标定、时钟和过载提示三个创新功能。我们自己也得到了很好的锻炼。6参考文献1 余永权. Flash 单片机原理及应用. 北京：电子工业出版社，19972 王福瑞等编著。单片微机测控系统设计大全。北京航空航天大学出版社，19993 李华。MCS-51系列单片机使用接口技术。北京航空航天大学出版社，19904 何立民。单片机应用系统设计。北京航空航天大学出版社，19935 方佩敏。新编传感器原理应用电路详解。北京：电子工业出版社，19946 黄继昌等。传感器工作原理及应用实例。人民邮电出版社，1998。7 纪宗南。单片机外围器件实用手册 输入通道器件分册。北京航空航天大学出版社，1998