毕业实践报告:智能电子秤的设计.doc
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1、 天天津津天天狮狮学学院院 毕毕业业实实践践报报告告 题目:智能电子秤的设计题目:智能电子秤的设计 二级学院二级学院 电子与计算机学院电子与计算机学院 专专 业业 1818 级通信技术级通信技术 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 20182018 年年 0505 月月 3131 日日 摘摘 要要 智能电子秤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。该电子秤不但计量准确、快速方便, 更重要的是除了能实现自动称重、计价功能外,还可实现去皮、净/毛转,自动计算, 数字显示等功能,受到广大用户欢迎。智能电子称由于携带方便,使用简单,对人 们
2、生活的影响越来越大。 关键词:电子秤,称重传感器。 AbstractAbstract Intelligent electronic balance values detection and the modern new- type names of technical comprehensive one body such as conversion technical.This system aims at is the automatic name of electronic name heavy, automatic valuation and data handling carry o
3、ut research. it is to how to carry out handling for sampling data , is for the collection of data and conversion and calculation problem has studied. Have discussed the suspension of the key in single flat machine control system , calculate problem , show as a result that through software design, re
4、alization is perfected more. This text is weighing the foundation of hardware design to intelligent electron , has analysed the software control method of electronic name in detail. Since the electron of single flat machine control weighs structure, is simple, cost is cheap, receive deeply people li
5、ke. Keywords:Keywords:Intelligence electronic weighing; weighing sensor 目目 录录 一、绪论.1 二、智能电子秤的工作原理.1 2.1 智能电子秤性能 .1 2.2 工作原理 .1 2.3 基本结构 .2 三、智能电子秤的硬件设计.2 3.1 信号采集电路 .2 3.2 单片机控制系统 .5 3.3 键盘显示接口电路 .5 四、智能电子秤的软件设计.6 4.1 主程序设计 .6 4.1.1 主程序工作原理 .6 4.1.3 主程序流程框图 .7 4.2 A/D 转换结果处理程序.7 4.2.1 A/D 转换过程.9 4.2
6、.2 程序 .10 4.3 键盘与显示处理程序 .12 4.3.1 程序原理 .13 4.3.2 键盘模块 .14 4.3.3 显示模块 .16 结 论.18 参 考 文 献.21 - 1 - 一、绪论一、绪论 随着科学技术和经济的发展,出售商品品种的增加,需要称量物品的设备也需 要更新换代,人们对称重装置的要求也越,电子称重装置推广,从而进入到传感器, 电子学和微处理机领域、使得称重装置变成为电子仪器。它的特点是:精确、智能、 方便、明了、可靠,克服了传统的杆秤、盘秤不精确、速度慢、不能计价、易作弊 等缺点,在商业领域应用越来越多。 本系统是针对自动称重、计算价格进行了研究的。讲述了用单片机
7、控制A/D转换、 键盘输入和数据显示,对如何实现键盘中断、A/D采样进行研究。着重讨论了数据处 理问题,结果表明利用软件实现一系列功能使的性能价格比达最优。设计特别适用 于测量精度要求较高的场合, 具有较高的实用价值和推广价值。 二、智能电子秤的工作原理二、智能电子秤的工作原理 2.12.1 智能电子秤性能智能电子秤性能 (1)电子称重仪表必须具有清零、去皮重净毛转换分度数设定、最大称 量设定分度值设定零中心指示、自动累计、欠电压指示等功能。 (2) 最大秤重 10Kg (3) 采用 4 位半共阴(或共阳)12.5mm 红色 LED 显示,精确到小数点后 2 位 数, (4) 有自动计算价格的
8、功能(键盘输入) , (5) 使用电阻应变片“电桥”采样输入。 2.22.2 工作原理工作原理 根据智能电子秤的性能及技术要求,选择 89C52 单片机为核心,组成称量系统。 系统主要有 89C52 单片机、A/D 转换器、键盘/显示电路、传感器、放大电路、锁存 器、等组成。 当商品放到秤盘上时,秤盘下的重量电阻应变式传感器产生一电信号,信号的 强弱随商品重量的大小而变,该电信号经放大电路放大后,送入 A/D 转换芯片进行 - 2 - 模数转换,转换后的数字量与物重成正比,再进入 89C52 单片机经过数据处理, 89C52 单片机产生一组满足显示要求的数据,送至显示电路显示出实际重量。另一
9、方面,商品单价通过键盘扫描电路送入 89C52 单片机,经过数据处理,送至显示电 路显示出商品单价。物重与单价经过运算产生总价,也在显示电路上同时显示出来。 2.32.3 基本结构基本结构 该系统采用应变片式传感器进行测量,得出模拟信号;再进行放大和模数转换, 然后送入单片机行处理。由A/D接口模块、主机接口模块、键盘与显示模块组成。 (如图2-1所示) 称 重 传 感 器 前 置 放 大 器 模 数 转 换 器 单 片 机 接 口 键 盘 显示器 图 2-1 系统框图 信号采集部分:利用称重传感器获取外部重量信息;信号放大部分;模数转换 部分:利用 A/D 转换器把输入的模拟信号转换成数字信
10、号以送到单片机进行处理; 单片机控制部分:单片机是中央控制系统,它接受外部送进的各种数据和控制信息, 通过运算和处理,然后送到外部以实现显示等需要;人机接口部分:人机联系部件 有键盘、显示器等,这些部件同主机电路的连接是由人机接口电路来完成的。人机 接口技术是智能仪表和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一。 三、智能电子秤的硬件设计三、智能电子秤的硬件设计 3.13.1 信号采集电路信号采集电路 (1)要达到设计的性能要求,传感器1的精度起着决定性作用。本设计选用应 用于称重系统90以上的高精度电阻应变式传感器。电阻应变传感器是将被测量的 力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件
11、。题目要求称重范围 10Kg ,重量误差不大于+0.005Kg,考虑到秤台自重、振动和冲击分量,还要避免超 - 3 - 重损坏传感器,所以传感器量程必须大于额定称重即10KG。我们选择的是 L-PSIII 型传感器,量程 20Kg ,精度为0.01%,满量程时误差 0.002Kg 。可以满足本系统 的精度要求。 本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路(见图3-1),用到的是电阻应变 传感器半桥式测量电路2。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上,测量电阻随 重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发 生变化。即输出电压的变化反映出重力的变化。电桥的输出电压可由下式
12、表示: 上式说明电桥的输出电压 V 和四个桥臂的应变片感受的应变量的代数和成正比。 RdRa RcRb Res Bridge Ein Eout 图 3-1 桥式测量电路 (2)压力传感器输出的电压信号为毫伏级,所以对运算放大器要求很高。 我 们考虑可以采用专用仪表放大器 INA128 此芯片内部采用差动输入,共模抑制比高, 差模输入阻抗大,增益高,精度也非常好,且外部接口简单。 放大器增益 ,通过改变 Rg 的大小来改变放大器的增益。 INA128 构成的放大器及 滤波电路如图 3-2 示: - 4 - 图 3-2 INA128 构成的放大器及滤波电路 通过调节 Rg 的阻值来改变放大倍数。微
13、弱信号 Vi1 和 Vi2 被分别放大后从 INA128 的第 6 脚输出。A/D 转换器 ICL7109 的输入电压变化范围是-10V+10V,传 感器的输出电压信号在 020mv 左右,因此放大器的放大倍数在 500600 左右。由 于 ICL7109 对高频干扰不敏感,所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干 扰。因为压力信号变化十分缓慢,所以滤波电路可以把频率做得很低。 (3)经过放大电路的信号是模拟信号即模拟量,需要把它变成数字量才能送入 单片机控制系统受理,所以需要有 A/D 转换电路。由对传感器量程和精度的分析可 知, A/D 转换器误差应在 0.03%以下 : 8 位 A/
14、D 精度: 10Kg/256=39.06 克 12 位 A/D 精度: 10Kg/4096=2.44g 14 位 A/D 精度: 10Kg/16384=0.61g 考虑到其他部分所带来的干扰 ,8 位 A/D 无法满足系统精度要求。作为一般小 商品称重需求,我们只需要选择 12 位的 A/D 转换器就可以了。 双积分型 A/D 转换 器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零,所以对 50HZ 的工 频干扰抑制能力较强,对高于工频干扰(例如噪声电压)已有良好的滤波作用。只 要干扰电压的平均值为零,对输出就不产生影响。尤其对本系统,缓慢变化的压力 信号,很容易受到工频信号的影响。故
15、而采用双积分型 A/D 转换器可大大降低对滤 波电路的要求。 作为电子秤,系统对 AD 的转换速度要求并不高,精度上 12 位的 AD 足以满足 要求。另外双积分型 A/D 转换器较强的抗干扰能力,和精确的差分输入,低廉的价 格。综合的分析其优点和缺点,我们最终选择了 ICL71093。ICL7109 输出 12 位二 进制码,且与微处理器有较好的兼容性,可与 89C52 直接相连,接口原理图见图 3- 3。 - 5 - 图 3-3 接口原理图 图中 MODE 端接地,7109 工作于直接输出工作方式。RUN/HOLD 接+5V,以使 7109 连续转换。STATUS 作为中断请求信号与单片机
16、的中断输入端相连。由于采用了 3.58MHz 的晶振并经 58 分频,故 7109 完成一次转换所需的时间为 T=8192(脉冲周 期)58/3.58=132.72ms,即转换速率为 7.5 次/秒。7109 输出的 12 位数据及极性、 过量程标志分别由 HBEN 和 LBEN 控制,分两次送入单片机。 3.23.2 单片机控制系统单片机控制系统 该智能电子秤采用 ATM 公司的 AT89C524作为 CPU,它是一种低功耗高性能的八 位 CMOS 微控制器,与 MCS-51 微控制器件兼容本设计的控制电路。以单片机 89C52 为控制中心,负责接收数据和外接设备的信号,再处理数据,发出控制
17、信号,以达 到所需的要求。单片机5的 P0 口与 A/D 转换器的数据线、控制线直接相连。键盘、 显示器通过 8279 与单片机相接,单片机的 P1 口与 8279 的数据口相接,键盘的行线 接 8279 的 RL0RL3, SL0SL3 经 74LS138 译码输出,连接键盘的列线, SL0 SL3 又由 74LS154 译码输出,经 7407 驱动后到显示器 LED 的各个位的公共阴极。输 出线 OUTB0OUTB3、OUTA0OUTA3 作为一个 8 位段选码数据输出端口,在连接 32 键以内的简单键盘时,CNTL、SHIFT 输入端可接地。74LS07 芯片是 8279 作为 LED
18、数 码管显示器的段选码输出端口的同相驱动芯片。 3 3.3.3 键盘显示接口电路键盘显示接口电路 本设计系统除了前面所述的四个结构外,还需要用到人机联系部件以便接收各 - 6 - 种命令和数据,即价格,重量的数据输入,清零、去皮重、净毛转换、分度数设 定、 最大称量设定、分度值设定、零点自动跟踪、零中心指示、过载显示、自动累计、 欠电压指示等命令的输入。集成芯片 8279 就是如上所述的一种功能较完善的键盘接 口电路,它还具备显示接口的功能。8279 芯片作为通用接口电路,一方面接受来自 键盘的输入数据并进行预处理,另一方面实现对显示数据的管理和对数码显示器的 控制。 本系统中有 14 位 L
19、ED 显示器,44 键盘和 8279 的接口电路。图中键盘的行线 接 8279 的 RL0RL3,8279 选用外部译码方式,SL0SL3 经 74LS138 译码输出,连 接键盘的列线,因显示位数比较多,所以要用到 4 线-16 线译码器 74LS154,SL0 SL3 又由 74LS154 译码输出,经 7407 驱动后到显示器 LED 的各个位的公共阴极。输 出线 OUTB0OUTB3、OUTA0OUTA3 作为一个 8 位段选码数据输出端口,控制 LED 显 示器每一位数码管显示的内容,当从一位 LED 数码管向下一位切换时,由消隐输出 线 BD 输出低电平,74LS154 译码产生低
20、电平,使 74LS138 输出全为高电平。此时, 在 8 位段数据输出端口输出下一个 LED 显示位的显示内容。74LS138 译码循环产生 低电平,8 位段数据输出端口也依次把公共阴极为低电平位的显示位中的显示内容 分别显示出来,当这一过程很快显示时,人们就会在几个 LED 中看到了显示出来的 不同内容。在连接 32 键以内的简单键盘时,CNTL、SHIFT 输入端可接地。74LS07 芯 片是 8279 作为 LED 数码管显示器的段选码输出端口的同相驱动芯片。 四、智能电子秤的软件设计四、智能电子秤的软件设计 智能电子秤软件系统设计的基本思想是充分利用微机丰富的软件功能,实现称 重过程一
21、系列要求,提高系统可靠性,使得系统性能价格比达到最优。智能电子秤 作为一种实时性要求不是很高系统,用软件代替部分硬件功能很合算。 4.14.1 主程序设计主程序设计 电子秤软件设计的总体思想是:根据预先编制的程序对测量进行控制,完成自 动诊断、自动清零、自动逻辑判断、自动存取数据完成重量的测试;搜集和处理测 得数据,并通过对重量的测试,按各种参数之间关系,经计算后自动求出一系列有 关未知参数,如重量、单价和总价。 - 7 - 4.1.14.1.1 主程序工作原理主程序工作原理 软件程6序包括主程序、显示程序、键盘处理程序、转换程序、数据转 换处理程序。控制器中T89C52 的 INT1 为中断
22、请求输入线,INT0 为键盘 中断服务程序。A/D 中断服务程序完成采样数据的存储;键盘中断服务程序完成扫 描,判断数字键或功能键,若为数字将其数据送入数据缓冲区和显示缓冲区。若是 功能键进入相应功能键处理程序。键盘上有数字键 09 和五个功能键,数字键用于 输入商品单价、物体重量,功能键有去皮、清零、净/毛转换等功能、小数点。 (1) AT89C52 输入输出端口定义如下: P0 口A/D 转换数据采集 P1 口芯片 8279 与单片机的接口 P2.0、P2.1采样值高低字节的读取 P2.7 8279 的片选端 P3 口8279 与 7109 的控制端 (2) 外部中断 INT0 用于 A/
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