基于单片机的电子秤的设计与实现(毕业论文).doc
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1、摘要随着微电子技术的应用,市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题,在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子称重的控制系统中。本系统主要由单片机来控制,测量物体重量部分由称重传感器及A/D转换器组成,加上显示单元,此电子秤俱备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。本系统以AT89S52单片机为主控芯片,外围附以称重电路、显示电路、报警电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板,从而实现自动称重系统的称重功能、报警功能、数据计算功能以及人机交换功能。可以说,此设计所完成的电子秤很大程度上满足
2、了应用需求。关键词 AT89S52,CZAF-602压力传感器,A/D转换器,LCD显示器.AbstractWith the application of microelectronic technology,the tools of traditional weighing on the market have cant satisfy the demands of people. In order to change the problem of the application of traditional weighing tools in the using of daily life
3、, the design will be integrated with intelligence, automation and human nature in the electronic scales with weight control system. This system mainly controlled by the single chip microcomputer , measured by weighting transducer and A/D converter component and added with the display unit, the elect
4、ronic scales are aptitude for the high ratio of performance, multi-function , low power consumption ,and it is simple enough ,especially it is given the characteristic with Easy-to-use intuitively, Speed, Measure accurately, Higher automation.The system take AT89S52 SCM as the main controller chip,
5、and its peripheral circuit attach to integrated circuit, display circuit, alarm circuit, keyboard circuit which integrate the weighing system circuit board, so the design can realize the automatic weighing system function, alarm function, weighing data calculation function and Man-machine exchange f
6、unction. We can say that the design of complete electronic scales largely meet the application requirements perfectly.KEYWORDS: AT89S52,CZAF-602 sensor,A/D converter,LCD Display.学习文档 仅供参考目录第一章 绪论11.1 研究目的和意义11.2 电子称重系统的应用领域11.3 国内外研究现状、发展动态21.4 主要工作以及论文结构3第二章 系统方案论证与选型42.1 控制器部分42.2 数据采集部分52.2.1 传感器
7、的选择5放大电路选择82.2.3 A/D转换器的选择11键盘处理部分方案论证13显示电路部分的选择13超量程报警部分选择14第三章 硬件电路设计153.1 AT89S52的最小系统电路15单片机芯片AT89S52介绍153.1.2.单片机管脚说明163.1.3 AT89S52的最小系统电路构成19数据采集部分电路设计20显示电路与AT89S52单片机接口电路设计22键盘电路与AT89S52单片机接口电路设计24报警电路的设计26第四章 系统软件设计274.1 主程序设计274.2 子程序设计284.2.1 A/D转换启动及数据读取程序设计28显示子程序设计294.2.3 键盘输入控制程序的设计
8、29报警子程序的设计30第五章 软件仿真及调试31软件使用315.1.1 keil软件的简单使用315.1.2 Protues软件的简单使用325.2 仿真调试33第六章 总结35致 谢36参考文献37附 录38附录1 系统总图38附录2 程序清单39学习文档 仅供参考第一章 绪论1.1 研究目的和意义传统的机械秤有很多缺点,比方精度不高,结构复杂,易老化,成本高等。随着社会的发展,市场对秤的要求的越来越高,尤其是人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性,它用压力传感器取代机械秤的弹簧大大减小了秤的体积和制造难度,以LCD或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美
9、观,由于内部集成了单片机以及软件系统,电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能性。他可以完成过载报警,总价计算,数据通信等众多功能。目前市场上使用的称量工具,或者结构复杂,或者运行不可靠,且成本高,而且整体水平不高 ,部分小型企业质量差且技术薄弱,设备不全,缺乏产品的开发能力,产品质量在低水平徘徊。因此,有针对性的开发出一套具有实用价值的电子秤系统,从技术上克服上述诸多缺点,改善电子秤应用中的不足之处,具有现实意义。 电子称重系统的应用领域 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
10、化水平和社会经济效益的提高。电子秤的应用领域主要分为工业计量和民用消费类。在工业计量应用领域有电子天平,珠宝秤,市场计价秤等;而民用秤主要有厨房秤,人体秤,便携式口袋秤等。工业计量应用对精度要求较高,而民用消费类的应用对精度的要求不高,但对秤的外观,智能性,便携性却有很高的要求。1.3 国内外研究现状、发展动态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。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子衡器以来,经过40多年的不断改良与完善,我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电
11、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。在国内,上海友声衡器和深圳市汇思科电子科技两家公司做的比较出色。上海友声衡器,产品特点:一、电路集成度高、简单可靠。采用目前世界上最
12、先进的-增量调制型单片集成AD转换技术,与目前大部分衡器厂家所采用的传统双积分电路相比,具有精度高、采样速度快、集成度高、电路简单、维修特别方便等优势,尤其是电路的长期可靠性和互换性优越,保证了大规模生产的稳定质量。二、低功耗设计。产品设计紧跟电子技术发展潮流,从传感器供电电路、主机电路设计到器件选择,均符合低功耗要求。部分液晶显示型号产品在内置蓄电池充足电后最多可以工作400多小时,该指标在同类衡器产品中处于领先地位。在国外,电子称重行业主要有:美国SETRA西特公司、德国赛多利斯、日本石田电子秤、瑞士托利多电子秤等几个优秀的电子秤产商电子秤。其中,美国 Setra (西特)品牌成立于196
13、7年,以电容技术闻名于世界,其革命性的高精度可变电容原理,已取得了30 多项专利,是Setra 的压力、加速度、称重产品的技术核心。经过近40 年的研究、开发和持续改良,Setra 的产品在HVAC/R,工业过程控制、测量测试、环境参数测量和半导体超纯测量等领域享有盛名。西特电子天平从1982年开始,Setra(西特)将其高超的电容技术应用于电子天平,设计出极具竞争力的电子天平和各种称重系统。1.4 主要工作以及论文结构本课题的主要设计思路是:利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号,经过电压放大电路放大,然后再经过模数转换器转换为数字信号,最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后,
14、得出当前所称物品的重量及总额,然后再显示出来。此外,还可通过键盘设定所称物品的价格。在设计期间,本人努力查阅相关资料,对称重的基本原理以及各软件、硬件模块做了认真的分析、研究。根据性能成本考虑,在以下几方面做了仔细的分析研究,主要有:系统模块的划分、A/D精度的考虑、单片机与外围模块的接口电路以及电子秤应用程序的实现等。论文的结构如下:第二章 表达了系统的方案论证以及硬件设备的选型。第三章 详细表达了硬件电路的设计过程,主要是各个模块的具体设计过程,以及各部分性能指标的要求和实现。第四章 表达了该设计软件部分的设计思路,主要是主程序和各个子程序的详细设计方案。第五章 表达了该设计仿真和调试结果
15、。第六章 论文工作的总结。学习文档 仅供参考第二章 系统方案论证与选型按照本设计功能的要求,本设计大致可分为五个模块:数据采集模块、信号放大模块、模数转换模块、单片机控制模块、人机交换模块。其中人机交换模块中包括:声光报警、LCD显示、键盘输入系统设计总体方案框图如图2-1所示。图2-1设计思路框图测量部分是利用称重传感器检测压力信号,得到微弱的电信号本设计为电压信号,而后经处理电路如滤波电路,差动放大电路,处理后,送A/D转换器,将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自A/D转换器输出的数字信号,经过复杂的运算,将数字信号转换为物体的实际重量信号,并将其存储到存储单元中。控制器还可以通过
16、对扩展I/O的控制,对键盘进行扫描,而后通过键盘散转程序,对整个系统进行控制。数据显示部分根据需要实现显示功能。2.1 控制器部分本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计,可以容易地将电脑技术和测量控制技术结合在一起,组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面,都取得了巨大的进展。再则由于系统没有其它高标准的要求,根据总体方案设计的分析,设计这样一个简单的的系统,可以选用带EPROM的单片机,由于应用程序不大,应用程序直接存储在片内,不用在外部扩展存储器,这样
17、电路也可简化。INTEL公司的8051和8751都可使用,在这里选用ATMEL生产的AT89SXX系列单片机。AT89SXX系列与MCS-51相比有两大优势:第一,片内存储器采用闪速存储器,使程序写入更加方便;第二,提供了更小尺寸的芯片,使整个硬件电路体积更小。此外价格低廉、性能比较稳定的MCPU,具有8K8ROM、2568RAM、3个16位定时计数器、4个8位I/O接口。这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。最后我们最终选择了AT89S52这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。AT89S52内部带有8KB的程序存储器,基本上已经能够满足我们的需要。2.2 数据采集部分电子秤的数据
18、采集部分主要包括称重传感器、信号放大电路和A/D转换电路,因此对于这部分的论证主要分三方面。 传感器的选择 在设计中,传感器是一个十分重要的元件,因此对传感器的选择也显的特别的重要,不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难易程度和设计性价比等等.传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说,传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷,其称量的准确度就越高。但在实际使用时,由于加在传感器上的载荷除被称物体外,还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷,因此选用传感器量程时,要考虑诸多方面的因素,保
19、证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后,经过大量的实验而确定的。为保证电子秤称量结果的准确度,克服传感器在低量程段线性度差的缺点。在实际工作中,要求称重传感器的有效量程在20%80%之间,线性好,精度高。重量误差应控制在,又考虑到秤台自重、振动和冲击分量,还要防止超重损坏传感器,所以我们确定传感器的额定载荷为5Kg,允许过载为150%F.S,精度为0.05%,最大量程时误差 。可以满足本系统的精度要求.传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所
20、选用的传感器稳定性要求更严格,要能经受住长时间的考验。 使用特别注意:传感器属于精密部件,剧烈振动、自由落体、碰撞、过载、过压等等,都非常容易造成传感器永久损坏或者影响精度和线性。传感器是测量机构最重要的部件,目前常用的有电阻应变是压力传感器和电容式压力传感器、压电式压力传感器。选用是应按着稳定性、精度等级、灵敏度、寿命和安装环境依次作为优先考虑。现比较如下:1.电容式压力传感器稳定性较差,精度和灵敏度高,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有待进一步研究。3.电阻应变式压力传感器稳定性好,精度和灵敏度较高,寿命较
21、长,对测量环境要求不太严格。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,内部线路采用惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,电阻应变片转换元件受到拉伸或压缩应变片变形后,它的阻值将发生变化增大或减小从而使电桥失去平衡,产生相应的差动信号,供后续电路测量和处理。综合考虑, 本设计要实现的电子秤的是绝对压力值,同时为了简化电路,提高稳定性和抗干扰能力,要求使用具有温度补偿能力的电阻应变式压力传感器。本设计选用CZAF-602压力传感器,其最大量程为5 Kg。CZAF-602压力传感器的接线图如下:图2-1 压力传感器引出线接线图注释:黑S- 红S+ 激励电压输入端(简称输入端)绿 +
22、 白-GND 重量毫伏信号输出端(简称输出端)CZAF-602压力传感器参数如下表:表2-1 传感器参数项目 参数 项目 参数绝缘电阻: 5000M(100VDC)非线性: 温度补偿范围: -10+40激励电压: 3VDC12VDC使用温度范围: -20+60输入阻抗: 100010输出阻抗: 10005安全过载范围: 120%极限过载范围: 150%防护等级: IP66放大电路选择称重传感器输出电压振幅范围02mV。而A/D转换的输入电压要求为02V,因此放大环节要有1000倍左右的增益。对放大环节的要求是增益可调的7001500倍,根据本设计的实际情况增益设为1000倍即可,零点和增益的温
23、度漂移和时间漂移极小。按照输入电压2mV,分辨率20000码的情况,漂移要小于1V。由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂1V,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。由中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120,灵敏系数 K=2,弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000,应变电阻相对变化量为:R/R = K= 21000106 =0.002 2-1由式2-1可以看出电阻变化只有
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