第七届校竞赛设计报告书(数字电子秤).doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作高精度数字电子秤 摘 要：本系统采用LHD001全桥式称重传感器为数据采集核心，采集信号经过小信号放大器处理放大后，经过AD转换器将模拟量转换为数字量后送入STC89C52进行数据处理，再由LCD1602进行数据显示。该系统由电源部分，数据采集及处理部分，AD转换部分，键盘部分和显示部分组成。并且附加DS1302（时钟芯片）和DS18B20（温度传感器），在称重的同时可以切换功能，查看时间和温度。该系统达到了预期指标，称重范围08KG，精度0.001KG。可以输入单价，计算总价。关键词：称重传感器 时钟 温度Abstract: The sy

2、stem USES the whole bridge type weighing transducer LHD001 for data acquisition core, small signal amplifier collected signal after handling amplification, after AD converter for the digital quantity analog conversion after STC89C52 carries on the data processing, sent by LCD1602 data show again. Th

3、is system consists of power supply parts, data acquisition and processing parts, AD transform part, keyboard parts and display parts. And additional DS1302 (clock chip) and DS18B20 (temperature sensor), in the meanwhile can switch function, weighing, to check the time and temperature. The system is

4、up to the expectations index, weighing range 0-8KG, precision 0.001 KG. Can input unit price, calculating total price.Keywords：Weighing transducer Clock Temperature 1.前言传感器作为一个重要的领域，逐步在人们的生活中有发挥着重要的作用。传感器有广阔的应用范围，无论是航天、航海、工业生产、科技研发或者是各种事业单位都可以发现它们的身影。它们的身影可以说是渗透了人们生活的每一个方面。掌握好传感器的应用并且将来能在原有的基础上推出出新，

5、做到更好更准确更稳定的控制成为一个值得深入研究的问题了。而现在现实生活要做好这些控制，一般采用性能更好元件。如此而来本系统试图通过采用普通元器件，侧重在系统原理和元件的合理选取上下功夫，合理布局和布线PCB，使电源纹波小，AD采集精确，做到分辨率高，在实际生活中具有很高的现实意义。就大大提高成本，缺乏市场竞争力。所以研究一个低成本高分辨率的电子称是有意义。当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器。转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。CPU根据键盘命令以及程序将这种结

6、果输出到显示器。直至显示这种结果。电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的快速、准确、连续、自动称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。2.方案论证与比较2.1方案例举方案一：称重传感器小信号放大器UA741AD转换器ADC0832STC89C5216位矩阵键盘LCD128647812和7912组成的双电源7805单电源18B20和DS1302 方案二： 称重传感器小信号放大器OP07AD转换器ADS8344STC89C5216位矩阵键盘LCD128645干电池18B20和DS1302方案三

7、： 称重传感器小信号放大器OP07AD转换器ICL7135STC89C5216位矩阵键盘LCD16027805和7906组成的双电源18B20和DS13022.2方案论证与比较电源部分用7905和7805组成的双电源电路简单，价格便宜，但纹波较大，会影响AD转换的精度。采用干电池五电源电路，价格便宜，五纹波，并且可以移动（无电源线），但电量很小，不耐用，如果采用充电电池，价格高，充电不方便。小信号放大电路的放大器采用UA741，价格便宜，能够满足普通信号的放大，稳定，但需要12V电源，与单片机和其他数字电路所用的5V电源不同，要设计双电源。采用OP07，价格稍贵，性能和741相差无几，但只需5

8、V电源，所以不用设计双电源，成本降低。AD转换器采用ADC0832，价格便宜，电路简单，但精度很低，无法对应称重传感器的高分辨率。采用ADS8344，速度快、精度高、有差分式通道数据转换受外界干扰少。但是成本特别高。采用ICl7135，价格便宜，精度等同于14位AD转换器，但电路设计特别复杂，不易绘制PCB。显示部分采用LCD12864，能显示中文，显示功能强大，体积大，但价格高，程序复杂，影响单片机速度。采用LCD1602，电路简单，程序易编写，不能显示中文，体积小，价格便宜，等同于12864的四分之一。综上所述，比较各方案的电路设计和成本计算，最后采用方案三，虽然部分电路达不到方案一和二、

9、但价格最便宜，能够满足该系统设计的需要。3.理论分析与计算3.1性能指标与实现功能1：称重范围：0-8Kg,分辨率：0.001Kg2: 能手动输入单价，自动显示重量、单价、总金额。3：能够切换功能显示温度，温度显示为室温，精度0.07摄氏度4：能够切换功能显示时间，断电时间仍运行，可以手动更改时间5：系统稳定、可靠性高。6：系统要求考虑成本，成本尽量低。3.2理论分析1：所采用的称重传感器精度为0.2g，即为量程的0.002%。传感器外加电压为5V，所以传感器输出电压的精度为0.1MV，范围在0到0.002V之间，需要用小信号放大器将信号放大到AD转换器所需的电压等级。 2：AD转换器采用IC

10、l7135，其转换等级等同于14位AD，既有20000个等级，转换时间为0.33s/次，输入电压需在0到2v之间变化。 3：根据ICL7135和称重传感器的特点，将小信号放大器的放大倍数调制为1000倍。 4：温度传感器选用DS1302，可以设备用电源，掉电情况下可以启用备用电源而不会导致时间停走。 5：温度传感器选用DS18B20，精度为0.0625摄氏度，温度显示范围为-55到+125摄氏度，已经达到检测室温要求。6：单片机选用STC89C52， 带8K字节程序存储空间，512字节数据存储空间，内带2K字节EEPROM存储空间，可以满足该系统的需要。 7：显示部分用LCD1602，能够显示

11、双行16*2个字符，可以满足该系统的需要。8：以上理论分析均以在满足要求指标的情况下以低成本作为首要目的。4.系统单元模块设计 4.1电源部分采用7805和7905做+-5V电源，采用电池做为备用电池。电路如下：4.2数据采集放大部分采用压力传感器做为数据采集的核心，通过仪用运放OP07将信号放大2000倍。电路图如下：4.3AD转换部分采用ICL7135作为采样AD，ICI-7135是4位双积分A/D转换芯片,可以转换输出20000个数字量,有STB选通控制的BCD码输出,与微机接口十分方便。ICL7135具有精度高(相当于14位A/D转换),价格低的优点。其转换速度与时钟频率相关,每个转换

12、周期均有：自校准(调零)、正向积分(被测模拟电压积分)、反向积分(基准电压积分)和过零检测四个阶段组成,其中自校准时间为10001个脉冲,正向积分时间为10000个脉冲,反向积分直至电压到零为止(最大不超过20001个脉冲)。故设计者可以采用从正向积分开始计数脉冲个数,到反向积分为零时停止计数。将计数的脉冲个数减10000,即得到对应的模拟量。图4给出了ICL7135时序,由图可见,当BUSY变高时开始正向积分,反向积分到零时BUSY变低,所以BUSY可以用于控制计数器的启动停止.电路图如下：4.4数据处理部分采用STC89C52做为数据处理的核心，电路图如下:4.5键盘与显示部分采用矩阵键盘

13、和功能按键作为数据输入，采用LCD1602进行数据显示，电路图如下：4.6附加功能部分 本系统除了实现原有要求功能而外，还实现了温度和时间的显示。温度采用DS18B20进行温度采集，时间运用DS1302时钟芯片。在程序上灵活处理称重和时间的切换显示。电路如下：5.软件设计软件流程：开机，初始化进入称重功能温度显示功能显示时钟判断E值E=0E=1E=2判断E值E=1E=2E=0进入称重功能主要程序参看附录二。6.系统测试6.1测试仪器序号类型型号序号类型型号1示波器DS1062C42万用表DT9205536.2测试数据 1：单片机ALE脚输出频率1.8Mhz，分频器8分频后检测为230KHz。2

14、：称重传感器输出电压检测为0到0.002V之间。3：小信号放大器放大倍数1026倍左右。4：ICl7135的2脚调试后检测为1.02V。5：DS1302的备用电源为3.25V。6：LCD1602显示正常。7：电源部分正端电压5.04V，负端为4.96V。6.3数据图表7结论本系统重在采用压力传感器采样重量、读取DS18B20温度信号、读取DS1302时间信号。实现了预期的要求，并且新增加了温度和时间的显示。在系统的设计过程中，力求硬件电路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，并最大限度挖掘单片机的资源，来满足系统设计要求。本系统设计过程中高度重视了系统的成本，PCB布线过程中的抗干扰问题。同时

15、，在编写程序过程中重点关注了程序书写规范，简洁，清晰，易读。系统稳定，并且工作可靠，精度高。8.参考文献1张毅刚，彭喜元.单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社，2003年12月第一版.1徐科军，马修水.传感器与检测技术M.北京:电子工业出版社，2008年2月第一版.1程鹏. 自动控制原理M.北京:电子工业出版社，2006年7月第一版.附录一、相关设计图附录二、相关设计程序/* 主程序*/#include#include#include#include#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbi

16、t aa=P27;sbit bb=P26;uint e;void main()aa=0;EA=1;bb=1;EX0=1;/TCON=0x01;kaiji();while(1)if(e=2)shijian();if(e=1)wendu();if(e=0)icl7135();/*void exter0() interrupt 0e+;delay(200);if(e=3)e=0;*/*-89c52.H-*/#ifndef _89c52_H#define _89c52_H#define uint unsigned int#define uchar unsigned charextern int e;void exter0();#endif- 17 -