基于单片机的电子称设计.doc





《基于单片机的电子称设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的电子称设计.doc(34页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 毕业论文题 目: 基于单片机的电子秤系统设计 所属系、部 : 年级、 专业: 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 完 成 时 间: 2021年5月19日 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息息相关。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,广受欢送。本系统的设计主要从硬件电路设计,软件编程调试,实物焊接调试三局部进行详细阐述。硬件电路主要是基于单片机STC89C
2、52为核心的控制单元实现数据的处理,采用压力传感器对数据进行采集,电子秤专用24位AD转换芯片HX711对传感器采集到的模拟量进行AD转换,转换后的数据送到单片机进行处理显示,数据显示由LCD1602液晶实现,液晶显示效果稳定无闪烁。关键字:STC89C52单片机;电子秤;压力传感器;HX711。Electrnoic Scale Design Based on MCUAbstractIntelligent electronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information p
3、rocessing, digital technology, an integrated modern technology of new weighing equipment. Ectronic scale takes SCM as its central controling unit,and achieves AD transform through weighting transducer,then adds keybord,display circuit and powerful softerwear. It is not only accurate,swift,and conven
4、ient, but also makes an important effect to peoples life by its automatic weightment and digital display, so it becomes more and more popular.The design of this system gives its eleboration from 3 parts: Hardwear circuit design,softwear programme debugging and entity weld debugging.Hardwear circuit
5、reaches data processing by the controling unit which based on STC89C52,and gathers data by weighting transducer,then makes AD transform by HX711 to the data gathered, and the transformed data then transferred to STC for display prosessing, at last LCD1602 would show it out steadily without twinkling
6、Key words:STC89C52 SCMC;Electrnoic Scale;Load sensor; HX711仅供学习参考基于单片机的电子秤系统设计1绪论52 系统硬件方案设计72.1系统总体设计方案比拟与论证72.2系统元器件选型及器件参数介绍112.2.1单片机选型112.2.2传感器选择122.2.3 显示器选择142.2.4 AD转换芯片选择153系统硬件电路设计193.1系统电源电路设计193.3单片机控制电路设计213.4系统显示电路设计223.5超重报警提示电路设计233.6按键输入电路设计234 系统软件设计274.1系统主程序软件流程图284.2系统显示局部流程图28
7、4.3系统按键检测局部流程图295 系统整体调试305.1硬件电路调试中遇到的问题305.2系统实物调试效果图305.3系统设计总结31参考文献32附录33附录1系统整体电路图33附录2系统局部源程序35致 谢40 1绪论 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上下,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。称重装置不仅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
8、系统的一个组成局部,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。称重装置的应用已普及到国民经济各领域,取得了显著的经济效益。电子秤是称重技术中的一种新型仪表,广泛应用于各种场合。电子秤与机械秤比拟有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点,可在各种环境工作,重量信号可远传,易于实现重量显示数字化,易于与计算机联网,实现生产过程自动化,提高劳动生产率。从世界水平看,衡器技术已经经历了四个阶段,从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替局部机械元器件的机电结合
9、秤,再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。我国电子衡器从最初的机电结合型开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开展:电子称重技术从静态称重向动态称重开展;计量方法从模拟测量向数字测量开展;测量特点从单参数测量向多参数测量开展。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代,使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化,并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统,使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。电子称重的实现首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小,需要通过前端信号
10、处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中,再经过单片机控制译码显示器,从而显示出被测物体的重量。按照设计的根本要求,系统可分为三大模块,数据采集模块、控制器模块、人机交互液晶显示界面模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换局部组成。转换后的数字信号送给控制器处理,由控制器完成对该数字量的处理,驱动显示模块完成人机间的信息交换。此局部对软件的设计要求比拟高,系统的大局部功能都需要软件来控制。在扩展功能上,本设计增加了一个过载报警提示功能使本电子称的设计更人性化智能化。2 系统硬件方案设计2.1系统总体设计方案比拟
11、与论证在设计系统时,针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种:方案一 数码管显示:数据采集AD转换单片机处理LED显示图1 数码管显示方案此方案利用数码管显示物体重量,简单可行,可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的电子秤系统,硬件局部简单,接口电路易于实现,并且在编程时大大减少程序量,在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是:硬件局部简单,虽然可以实现电子称根本的称重功能,但是不能实现外部数据的输入,无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示,不能显示汉字以及其他的复杂字符,不能到达显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换
12、功能的单片机,系统电路过于简单,系统硬件的扩展必受到限制,电子秤的功能过于单一,达不到设计的标准。方案二 在前一种方案的根底上进行扩展,增加一键盘输入装置,增加外界对单片机内部的数据设定,使电子称实现称重计价的功能。结构简图如图2所示:数据采集AD转换单片机处理LED显示按键处理图2带有键盘输入的结构简图此方案设计的电子秤,可以实现称物计价功能,但是局限于数码管的功能,在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时,如果数码管没有足够的位数,那么称量物体重量的精度必受到限制,所以此方案需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使
13、用,比拟麻烦。方案三 前端信号处理时,选用放大、信号转换等措施来增加信号采集强度但会增加相应的设计本钱;显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力,而且满足设计要求,可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容,当需要增加扩展功能时可以通过切换液晶显示界面的方式来实现。结构简图如下列图3所示:数据采集AD转换单片机处理LCD显示按键处理信号放大图3带有键盘输入及液晶显示的结构简图鉴于上述三种方案的优缺点,本系统在设计时充分考虑到系统的实用性及本钱的可行性的前提下,设计完成了最终的电子称方案,最终的硬件设计方案图如图4所示,数据采集AD转换单片机处理LCD显
14、示时钟显示计量显示按键处理信号放大预设报警值图3系统设计硬件框图2.2系统元器件选型及器件参数介绍2.2.1单片机选型单片机的选择在整个系统设计中至关重要,要满足大内存、高速率、通用性、价格廉价等要求,鉴于以上考虑本课题选择ST89C52作为整个系统的主控芯片。ST89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写10000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构1,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Fla
15、sh存储单元,功能强大的微型计算机的ST89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。ST89C52芯片具有以下特性2:指令集和芯片引脚与Intel公司的8051兼容;8KB片内在系统可编程Flash程序存储器;时钟频率为033MHz;128字节片内随机读写存储器RAM;32个可编程输入/输出引脚;2个16位定时/计数器;6个中断源,2级优先级;全双工串行通信接口;监视定时器;2个数据指针。ST89C52单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚,2个外接晶振的引脚,4个控制或与其它电源复用的引脚,以及32条输入输出I/O引脚。ST89C52单片机引脚图如图4所示:图4 ST89
16、C52单片机引脚图2.2.2传感器选择 压电传感器是一种典型的有源传感器,又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定外表产生电荷的压电效应。压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠,适用于动态力学量的测量,不适合测频率太低的被测量,更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。压电器件的弱点:高内阻、小功率。功率小,输出的能量微弱,电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性,这对外接电路要求很高。电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应,将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件,其工作原理是基于材料的电阻应变效应,电阻应变片即可单
17、独作为传感器使用,又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为R/R后,由于应变量及相应电阻变化一般都很微小,难以直接精确测量,且不便处理。因此,要采用转换电路把应变片的R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响,抗干扰能力强,但因机械应变的输出信号小,要求用高增益和高稳定性的放大器放大。图5为一直流供电的平衡电阻电桥,接直流电源E: RdRaRcRbRes Bridge EinEout 图5 传感器内部连接图当电桥输出端接无穷大负载
18、电阻时,可视输出端为开路,此时直流电桥称为电压桥,即只有电压输出。当忽略电源的内阻时,由分压原理有:= 2.1当满足条件R1R3=R2R4时,即2.2=0,即电桥平衡。式2.2称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡,从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。假设差开工作,即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R,R4=R+R,按式2.1,那么电桥输出为 (2.3) 应变片式传感器有如下特点:1应用和测量范围广,应变片可制成各种机械量传感器。2分辨力和灵敏度高,精度较高。3结构轻小,对试件影响小, 对复杂环境适应性强,可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用,频率响
19、应好。4商品化,使用方便,便于实现远距离、自动化测量5。 通过对压力传感器与电阻应变式传感器比拟分析,最终选择了第二种方案。题目要求称重范围05Kg,满量程量误差不大于0.005Kg,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,所以传感器量程必须大于额定称重5Kg。我们选择的是电阻应变片压力传感器,量程为5Kg,精度为0.01% ,满足本系统的精度要求。2.2.3 显示器选择方案一 数码管显示数码管是一种半导体发光器件,其根本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管,八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元多一个小数点显示;按能显示多少个“8可分为1位、2位、4位
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 电子称 设计

限制150内