基于单片机的智能电子秤设计--李绪斌.docx

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1、(论文) 基于单片机的智能电子题 目: 秤的设计 摘 要现在人们的生活因为科技的飞跃式发展二得到了改善，人们也对日常生活中常用的称重技术也有了新的标准。在今天电子秤的使用已经变得非常普遍，但还是有很大的缺陷，比如说电子秤的体积大、制作成本太高、需要工频交流电源、受到工作环境的影响。现在社会上的便携秤大多是杆秤，亦或者是通过弹簧发生形变来完成计量的弹簧秤，人们群众大部分使用的是被淘汰的杆秤。多年来，人们一直等待着精确可靠、体积较小以及质量可靠的的智能电子称投放到市场中。本文是设计一款可以实际使用的智能电子称，文章中简单介绍了电子秤的工作原理，还介绍了仪器的误差来源，还叙述了电子秤的电路设计与软硬

2、件设计。与一般的便携式电子秤相比智能电子秤的体积更小、计量更准确、携带更方便、操作更简易、称量更迅速，而且还把称量功能和计算价格的功能放在了一起，更能够满足市场交易和普通居民家庭的称重要求，有不错的市场潜力和应用价值。关键词：智能电子秤；称重传感器；A/D转换器；单片机；误差分析； 软硬件设计- III -AbstractKey Words：Smart electronic scale; The weighing sensor; A/D converter; Software and hardware designNow peoples life has been improved due t

3、o the rapid development of science and technology. People have also set new standards for weighing technology commonly used in daily life.Today, the use of electronic scale has become very common, but there are still many defects, such as the large volume of electronic scale, the high cost of produc

4、tion, the need for power frequency AC power supply, affected by the working environment. At present, most of the portable scales in the society are steelyard, or the spring scales which measure by the spring deformation. Most of the people use the eliminated steelyard. For many years, people have be

5、en waiting for accurate, reliable, small and reliable intelligent electronic scales to be put into the market.This paper is to design an intelligent electronic scale which can be used in practice. The working principle of the electronic scale, the error source of the instrument, the circuit design,

6、software and hardware design of the electronic scale are introduced.Compared with the general portable electronic scale, the intelligent electronic scale is smaller in volume, more accurate in measurement, more convenient in carrying, easier in operation and faster in weighing. Moreover, the weighin

7、g function and the function of calculating price are put together, which can better meet the weighing requirements of market transactions and ordinary households, and has good market potential and application value.(论文)目 录摘 要IAbstractII1 引 言51.1 电子秤的发展现状和发展趋势51.1.1 发展现状51.1.2 发展趋势51.2 项目研究意义62 电子秤的硬

8、件设计72.1 称重传感器72.1.1 选择称重传感器时的问题72.1.2 称重传感器的基本结构82.2 传感器原理92.2.1 传感器的弹性元件102.2.2 传感器的应变片结构102.2.3 传感器的补偿112.3 单片机系统122.4 电路设计142.4.1 电子秤的调零电路142.4.2 传感器的供桥电源162.4.3 电子秤的数据采集和处理部分172.4.4 键盘/开关输入电路202.4.5 LCD显示器212.4.6 打印模块222.4.7 掉电保护和检测、报警电路233 仪器软件设计263.1 仪器主程序263.2 中断服务程序274 仪器的误差及误差分析284.1 仪器的误差来

9、源284.2 仪器误差分配以及仪器误差的计算方式305 结 论32参考文献样式：b标题 不编号33附录A 系统电路原理图34附录B 电子秤程序35致 谢36- IV -(论文)1 引 言在古代，人们为了使交易公平，刚开始是利用木头或泥土制成的容器来对货物进行称重，后来，又制作出了简单的杆秤来进行称重。现在已经证明了世界上最有历史的计量工具是在古埃及的地区被发现的。落后的总会被淘汰，电子秤毫无疑问具有极其广阔的市场前景。本章节分析了电子秤的发展现状及趋势，还有研制电子秤的意义，介绍了一些项目研究背景和使用的主要技术。1.1 电子秤的发展现状和发展趋势1.1.1 发展现状在现代社会中，电子衡器已经

10、普及，生产过程和信息处理等已经无法舍弃使用电子衡器，今天的称重技术和数据系统变成了各大领域里面不可或缺的重要组成部分。电子衡器各种各样，而且它还关系着民生，所以全球每个国家政府对电子衡器格外关注和重视。而且衡器还是我国强制管理的称重器具。称重是自动化控制和贸易计量的关键过程，对提高公司的管辖力度、控制贸易生产、货物输送和科学研究都有不可忽视的作用。经过多年称重技术的发展，我国衡器的技术配置和检测方式基本上已经达到了国际九十年代中期的水平。电子称重技术发展越来越快，从静态称重到动态称重；从模拟称重到数字称重；从单参数称重到多参数称重。但我国电子衡器产品与其他发达国家相比的话还是有些差距的，主要是

11、技术与工艺、工艺器械配置与测试仪表、开发专业人才较少、功能不够齐全、电子衡器的稳定性、可靠性等方面。1.1.2 发展趋势电子秤就是放秤的台座、物盘、钩上的称重物体重量使传感器发生蠕变，然后通过LCD显示器显示数字的电子衡器。电子秤的大方向就是结合机、电、仪器，功能齐全、快速和动态计量、提高稳定可靠性等。电子秤属于日用器械，是劳动密集型产品。小型化、模块化和集成化、智能化等时电子秤发展的大致方向。它的技术方面主要是提高称重速度、使称量更加准确、稳定可靠；在功能上使电子秤“智能化”，通过指令让他其做出相应的处理，使电子秤能在更多领域应用起来，具有更高的综合性。1.2 项目研究意义在这个飞速发展社会

12、下，人们对生活的质量有了更高的标准，所以在生活中最常用到的称重自然有了更高的要求，特别是微处理技术和传感技术。由于现在电子秤的发展现状，人们对小型的普及型的便携式电子秤的需求更迫切。文章是设计有可行性的单片机智能电子秤。智能电子秤个头更小、称重更精准、更方便携带，而且称量后可以直接结算。不仅有普通电子秤的功能，还添加了过载报警、自动休眠等功能。此次设计的标准是严格按照国际法制计量标准。- 41 -2 电子秤的硬件设计电子秤的测量原理：传感器弹性体由于称量物体的重量产生形变，传感器产生一个电信号，这个信号和重量呈正比例函数，然后经放大器的放大，再由输入转换器转变成频率信号，由微处理器接收信号，通

13、过微机进行处理后，和微机连接的各种接口连接着应用，最后由显示屏幕以数字的形式显示出来。称重传感器、放大器、数模转换器、单片机部分、键盘/开关、LCD显示器、打印机等部分构成了电子秤的硬件部分。仪器结构框图如图2-1所示。显 示 器8051单片机A/D转换器称重传感器放 大 器键盘打 印 机 被测对象图2-1 仪器结构框图2.1 称重传感器在整个电子秤中，传感器是非常关键的部分，也是设计中最难的一部分，传感器的好坏直接决定了电子称的性能。经过新时代后我国各方面都得到了飞跃式发展，特别是微机技术和民生经济都有了非常大的进步，这就造成了各个行业都需要更加精密的称量工具进行测量。而传感器则是电子秤最核

14、心的部件，所以称重传感器性能可以影响到整个称重控制系统。2.1.1 选择称重传感器时的问题不同化境对称重传感器的要求不同，在选择称重传感器时应着重考虑以下方面：一、选择传感器的精度 性价比是否合适、实用以及传感器量程，是否符合称量系统的要求等方面都要考虑到，从而正确地选择传感器的精度等级。弹性结构以及是不是存在线性补偿直接关系到传感器的精度。有的弹性体结构自然线性不高，但在冲击、密封这些地方有着超高的优势，所以比较适合在对传感器的精度没有太高要求、环境较差的地方工作，也就是也就是有复现性、可靠性的传感器。二、选择传感器的量程在选择传感器的量程时主要考虑以下几个因素：一、被称重物料上限重量值；二

15、、秤台或者装置的自身重量；三、设置的传感器数量；四、最大偏差值；五、在称量时会有的动载、冲击等和以及其他的干扰因素。三、选择传感器的技术参数选择传感器的技术参数：误差值等技术参数通过系统的具体要求来选择；传感器输出的灵敏值必须符合规定；依据系统的具体要求来确定桥路阻抗和激励电压等参数及特性等。四、选择传感器的密封状态对于称重传感器来说，在弹性体顺利完成贴片组桥补偿的工作后，就会受到环境中湿气的腐蚀。在实际作业时，若不实施严格密封的话，会被环境存在的一些有害气体以及水、粉尘的伤害，因此当传感器工作时，添加防护外罩是非常有必要的。2.1.2 称重传感器的基本结构现代的称重传感器的结构基本可以划分成

16、以下几种类型，它们各有各的特点，每种传感器都有其适应的称量范围和性能，这种特点为选型提供了便利。一、柱式传感器最早的传感器的结构形式就是柱式设计，柱式传感器可以称量几十吨甚至几百吨的货物，不过随着科学技术的进步就逐渐被淘汰了，所以就不过多介绍了。二、桥式传感器其实桥式结构的传感器就是另换了一个名字的双梁式结构的传感器，因为它的弹性体比较像桥，所以在国内把它称为桥式传感器。桥式传感器的优点：量程比较大、结构合理、加工方便等。三、S形双连孔式传感器双连孔弹性体转换元件一般都应用在量程不是特别大的称重传感器中，比如拉式结构、压式结构的传感器。没有线性补偿时，传感器精度就在0.020.05级范围内，它

17、的抗偏、抗侧能力比较优秀，料斗秤和皮带秤比较常用。根据电子秤各方面的性能和需求，本项目把S形双连孔式结构的传感器作为核心，其结构如图2-2所示。图2-2 S形双连孔式传感器弹性元件2.2 传感器原理通过原理区分的称重传感器中最常见的是电阻应变式、差动变压器式、电容式等几种类型。应变片式传感器的工作原理：弹性元件因称重物品的重量发生形变，然后弹性元件上的电阻应变片会把形变变成阻值的变化。电阻应变式称重传感器是一个比较全面的传感器，没有复杂的结构和大的体积；直线性、重复性、可靠性、稳定性等方面都比一般的优秀；还可拉、压两种；而且比一般的寿命长，维护方便；还可以用作动态测量。2.2.1 传感器的弹性

18、元件一、弹性元件的结构形式 传感器敏感元件是由可以反映应变的材料制成，但受到工作环境、安装所占用的空间大小、如何受到的力、量程的大小、灵敏值的大小、对传感器的精度要求、应变片体积大小等因素影响，所以环式、膜式或梁式等结构被使用的比较多形式。二、弹性元件尺寸的选择弹性元件尺寸的选择必须要遵守一些标准：被粘电阻应变片的弹性元件截面上发生的形变必须单一并且均匀的，通过应变片反映出来的应变信号和测量出来的参数是呈现线性曲线；受力变形的弹性元件必须要有自我恢复能力和稳定性；弹性元件应该具有较高抗侧向力的能力。2.2.2 传感器的应变片结构电阻应变片有金属丝式，金属箔式和金属薄膜式几种。一、金属丝式应变片

19、金属丝式应变片可以分成回线式和短接式两种结构。回线式应变片的制作比较简单而且低成本，性能比较优秀，粘性好，但是缺点也是不可忽视的，弯曲部的形变造成横向效应严重。短接式的焊点多，而且在焊点的地方容易发生损坏，要求做工精细，比较少使用此种应变片。二、金属箔式应变片这种应变片有可以通过照相制板等方法，把应变片制成更加符合不同要求的敏感栅；应变片与测试件更加紧密，接触面积更大，能更好的粘贴；应变片散热更快，输出更加敏感；基本上不会发生横向效应；滞后小，耐疲劳、使用时间更长。缺点主要是电阻值不够精准，所以实际工作时要调节电阻值。箔式应变片有表面积大，散热快等优点，但是一大缺点就是生产线很复杂，而且焊点都

20、是用的焊锡丝，另外价格比较贵。三、金属薄膜式应变片金属薄膜式它的优点有很多，尤其是参数值非常合理，工作环境的温度的跨度比较大。但美中不足的就是不能准确电阻与温度和时间的变化关系。本次设计的电子秤是015kg的称重，最大误差不超过0.005kg，又因为机体滋生的重量等因素，不能超过称重传感器的最大量程，所以传感器量程必须大于 15kg。在称量量程内，一般选择量程在额定量程的2倍到2.5倍左右传感器选择量程为实际最大受载的22.5，所以确定传感器的最大量程为30kg ，精度0.01%，所称量的物体为最大量程时误差为0.003kg 。综上所述，本项目选择的称重传感器为金属箔应变式结构，其弹性元件为S

21、形双连孔结构，其原理如图2-3所示。图2-3 应变式称重传感器的原理图2.2.3 传感器的补偿各应变片会被称重传感器连接成桥路，把供桥电压加在输入端上，输出端就会产生一个输出信号，这个输出信号可以反映重量的大小，但外界环境因素等肯定会影响到传感器，传感器就会出现误差。所以非常有必要通过计算对传感器做出补偿和调整。其中包括温度补偿、非线性补偿等。传感器通过补偿和调整后性能能够得到提高，而且参数会更接近标准，更换更加方便。一、非线性补偿在实际的测试数据中可以看出，传感器的输出电压与所加载荷之间因为有电桥的本身固有的非线性误差的关系，造成了两者之间的关系并非一定是线性关系。而且在电子秤称量时，会造成

22、弹性元件与应变片之间的横截面积发生微弱的变化，而这一点微弱的变化就会使应变与载荷呈非线性的变化；弹性元件及应变片本身也会造成一些不利影响等。二、温度补偿采用四臂差动电桥的方式可以提高电桥灵敏度或温度补偿，设初始时, ,则输出电压可通过公式求出。当性体元件和电压大小确定之后，U/AE是一个常数值，记作为K，则Uo=2KW。2.3 单片机系统单片机比较一般的微型机的优势：一、集成度高、体积小单片机的一块芯片基本上包含了处理器、只读存储器、读写存储器和I/O接口等微机的组成部件，单片机的芯片应用非常广泛，很多领域离不开单片机的作用，单片机集成度高，体积小可以满足各个领域硬件的要求，所以一般做出来的单

23、片机应用系统也都不复杂。二、面向控制、功能强 单片机的主要作用是控制，它有很强的实时控制能力，I/O接口可以直接被CPU控制，进而执行各种操作，可以非常精准的完成各类控制工作。三、抗干扰能力强单片机芯片内部一般是CPU存储器和接口的信息传输线，所以一般不受外界的干扰；还有就是单片机的体积比较小，可以承受比较高的温度，电磁屏蔽等工作即使在有恶劣环境的影响下也可以顺利完成，所以单片机有非常高的可靠性和性能。四、使用方便因为单片机的内部功能比较齐全，系统扩展的方式也比较简单，所以即使没有很高的系统的硬件设计能力也可以顺利完成，而且现在世界上单片机的设计工具简直是五花八门，增强了的软件调试功能和增加了

24、辅助设计的方法，缩短了系统研制的周期，降低了研发成本。单片机的这些特点使科研成果迅速转化为生产力，缩短了研发的过度阶段。8051单片机的基本结构如表2-1所示：表2-1 8051单片机的基本结构8051的引脚排列如图2-4所示：图2-4 8051引脚排列2.4 电路设计硬件电路是影响仪器性能的重要因素。便携式智能仪器的特点是轻巧、简单、低功耗、低成本，使用集成化芯片，对于一起来说电路系统的规模越小越好，更能体现出智能仪器的优势。本节主要是对电子秤的一些重要单元电路进行一些介绍。2.4.1 电子秤的调零电路调零电路是电子秤的一种调节电路，一般来说，传感器会产生一个零点输出信号，电子秤本身的重量也

25、会使传感器输出信号，而这些输出信号对系统并没有积极作用，调零电路就是为了抵消掉这些无用的输出信号而设计出来的。大电阻、滑动变阻器器和直流电源是调零电路的主要部件。如图2-5所示，工作时串接在输出和测量仪表之间即可。图2-5 调零电桥及其接法1称重传感器；2调零电桥；3测量仪表在不称重时如果有输出电压U01的话，就可以通过可变电阻Rb来控制电桥的电阻，使输出电压UO2发生改变，让其和输出电压U01相互抵消掉，这样总的输出电压就一直处于0的状态。这就是调零电路的具体操作。去皮重电路是采用并联电阻法，也就是在称重传感器桥路的输入端跨接一个电位器Rb，并让电位器的滑臂和电阻Ra与传感器桥路输出端一边相

26、连，如图2-6所示。图2-6并联电阻法2.4.2 传感器的供桥电源传感器供桥电源的供电方式一般有直流供电和交流供电两种。这两种供电方式各有优劣。采用直流供桥能够得到高稳定度的直流电源电路调节也简单；在电桥使直流的输出信号时，就能使用通用的直流测量仪器以及记录仪器来测量和记录传感器的数据；而且对传感器和测量仪表之间的导线要求不是特别高等优势。但是这种方式的缺点比较明显，在传送信号的时候容易引入工频干扰，而且直流拱桥需要使用多种放大器。但是传感器和测量电路的电路参数没有严重影响，因此在测量时经常用直流电桥的方式。传感器的供桥电源必须要有比较高的电压和频率稳定度，还有足够大的输出电流。电桥的输出电压

27、不仅要和电阻变化成正比之外，还要和供桥电压成正比。所选的传感器的精度就决定了供桥电压的稳定度，它的基本误差不能超过传感器误差的-0.2至0.2倍。一般情况下会参考传感器产品说明书中推荐的电压值来进行选择拱桥电压。不采用推荐电压值的话，会有很多不确定性。比如电压过大虽不会剖华传感器的结构，但会直接影响到传感器的性能，从而影响到整个电子秤。电阻应变片的形式、面积、电阻值、传感器性能以及外界环境等因素都会直接影响到拱桥电压。当接通供桥电源，达到热平衡之后，也有规定应变片的温度不超过某一规定值。可以通过下面的公式和相应数值来求得供桥电压值。上式中、和可以根据相关资料查得。2.4.3 电子秤的数据采集和

28、处理部分一、放大器一般传感器产生的信号都比较细微，只要一被外界信号干扰就有可能会丢失信号，只有通过放大器处理后才会具有一定的抗干扰能力。所以此次设计使用的是在精密仪表上用到的放大器INA101。这种放大器对电子秤来说精度足够，而且也便于制作。INA101是一种高精度的放大器，专门用来放大细微信号和采集数据用。这种放大器有相对来说很小的失调电压，因为环境温度而引起的参数变化也特别小，输入端的阻抗甚至可以达到100亿欧姆，自带输入阻抗电路；非线性误差非常小，小到仅为0.001%；共模抑制比最高可达110dB；在设计芯片时，可以根据自己的需求来规定引脚。适合多种信号的放大，比如此设计所爱用的应变式称

29、重传感器信号的放大，甚至医用传感器也采用这种放大器。放大器的具体接法如图2-8所示，放大器的增益可以通过公式计算得到，Rg的阻值决定了放大器的增益。因为此设计选择的A/D转换芯片是ICL7135，它的模拟输入电压为01.9999V，所以放大器的输出电压为01.999V 。图2-8 INA101的基本接法二、数模转换器经过对传感器的分析可以得出：A/D转换器的误差不能高于0.03%。12 位 A/D 精度： 15kg/4096=3.6g 14 位 A/D 精度： 15kg/16384=0.92g 因为其他因素的影响，我们会发现12位的A/D的精度不够，所以只能选择更高的精度。 在各式各样的转换器

30、中各有侧重，双积分型A/D转换器的侧重的是精度，精度高势必要舍弃一部分，所以它的转换速度比较慢，差分输入的精确度高，高输入阻抗，而且调零是自动的，当超过最大量程的时候会有输出信号，与TTL电平不会发生冲突。双积分型A/D转换器对50HZ的工频交流信号的积分值为零，因此50HZ的工频信号对双积分型的 A/D转换器的影响特别小，更高频率的干扰信号也能很好的过滤掉 ，如果想要输出的信号不受干扰的话，就必须要让干扰电压的平均值等于零。特别在电子秤的系统中，称重的压力信号是低频信号，低频的信号特点就是变化不快，容易受到高频信号入侵，可以用双积分型A/D转换器，他对滤波电路要求低。 在电子称的系统里边，对

31、数模转换器的转换效率并没有过多的要求，精14位的转换器已经非常足够了，反而对转换器的抗干扰能力和差分输入反而要求更高，以及更高的性价比。通过对优缺点的考量，我们最终选择双积分型的ICL7135。 图2-9 ICL7135与8051单片机的接口电路ICL7135是比较常见的单片集成ADC芯片。它的分辨率和14位二进制数相当；有非常高的转换精度，转换误差是1LSB；即使是参考电压是单极性的，也可以完成双极性的数模转换。因为在制作芯片时，使用了先进的自动校零技术，使芯片更具有稳定性，可以在常温下正常工作的时间更长。ICL7135输出的转换结果是动态信号，所以与单片机连接是要使用并行接口才可以正常使用

32、，接口电路如图2-9所示。2.4.4 键盘/开关输入电路使用者可以通过键盘输入来控制电子秤。我们使用的是Intel8279，它在现在已经发展成熟了，它的功能是键盘输入和显示控制。连接矩阵键盘的时候是通过扫描的工作方式，在键盘上不断的扫描，还有自消抖动的功能，在键盘上进行操作的时候可以自动识别按键，并且能够直接进行编码，多键按下时可以对键盘进行保护。显示部分都有其对应的显示接口，有足够的空间长度来显示字符或者数字。8279芯片有可以和单片机直接连接的方法，通过它可以使系统的软件设计更简单易懂，使处理器的工作效率得到了巨大的提高，其与单片机8051的接口电路如图2-10所示。按照电子秤的功能设计了

33、一个16键输入电路。这16个按键是最基础的09数字键以及小数点键、还有去皮、清除/复位、累加、保持、Enter/校正五个功能。16个按键被排列成了44式的矩阵键盘。软件管理功能可以通过键盘管理：一、称重过程。在称重时，如果显示屏现实的数字不是0.000；就用“去皮”键将数字归零，如果物品需要用容器盛的话，先把容器放在称上用“去皮”将数字归零后再放进去进行称重。等到数字稳定后，就说明物品已经称量好了，按下“保持”键使数字保持，取下物品后，显示屏的数值不会消失。另外，需要注意的是在显示单价状态下，必须要先按“Enter”键之后才能按”去皮“键，否则无法正常称重，如果不是显示单价状态下，可以直接按“

34、去皮”键。如果重量超过了最大量程，电子秤就会发出报警的讯号。二、单价输入及清除。把物品拿下来之后，直接按数字就可以输入单价。“清除”键就可以清除单价。三、显示商品价格。再输入单价之后按“Enter”键，显示屏上就会显示商品价格；如果显示屏显示“E”的话，表示数值太大，超出了范围，再按一下“去皮”键，就可以继续称重。四、金额累计。如果需要多个商品一起结算的的话，这时候就会用到“累加”键。每当计算完一种商品的价格时，按一下“累加”键，就会把此次的数值加到总价中。若显示“E”，依旧表明总价的数值超过了最大显示数值。五、校正。按“校正”键，仪器进行非线性校正。图2-10 51单片机和8279的接口连接

35、图2.4.5 LCD显示器根据此次设计的要求，需要显示汉字和数字，以及字符，众多显示器中，点阵式液晶显示器符合要求，所以我们选择点阵式液晶显示。现在显示器应用比较多的EPSON公司制造的EAD系列点阵式液晶显示模块。显示模块有显示器、CMOS驱动和控制器还集成有字符发生器和数据存储器，采用的是电源是+5V电源。用总线驱动器74LS245把8051单片机的P0口和EA-D20040AR的数据线D0D连接起来。就可以兼容者两部分。一般来说，用的双向三态数据缓冲器都是双向驱动器74LS245。、DIR控制着驱动的方向，驱动器的状态由控制，在不是有用信号时，DIR不能控制驱动。在DIR的值是0时，驱动

36、器的驱动方向从B至A，在DIR的值是1时，驱动器的驱动方向为由A至B。但通过转换电路才能把EA-D20040AR的一根读写线和单片机的两根读写线连起来。还有就是EA-D20040AR的片选端是高电平有效，要在译码器输出和它的片选端之间要加上一个非门。EA-D20040AR与8051单片机的接口电路如图2-11所示。图2-11 液晶显示模块EA-D20040AR与单片机8051的接口EA-D20040AR有14个接口：VSS、VDD、；V0、；RS、R/、E、D0D7。液晶显示器的亮度可以通过V0可以调节，接法如图2-12所示。图2-12 亮度调节电路2.4.6 打印模块以为此次设计需要打印汉字

37、，所以选用了智能式打印机TPP-40A。在允许的范围内，汉字或图案都可以用TPP-40A打印，而且可以在同一行中打印不同的信息，比如代码和点阵图形。锁存器在内部输入电路中，还有三态门在把控制着输出电路，因此打印机可以和单片机直联，也可以通过并行接口和单片机连接。其与8051单片机的接口如图2-12所示。图2-12 TPP-40A与8051单片机的接口图中8051的P2.6与相或之后直接与STB相连接，只有在低电平是接通。TPP-40A接口信号介绍：DB0DB7：单向数据线。只能从计算机输入信号，由打印机打印。：数据选通信号。读取上升沿时的信号，打印机读取并锁存数据线上的8位数据。BUSY：打印

38、机“忙”状态信号。该信号为高电平时表示在打印机正忙于读取打印数据是会触发该信号，此时禁止向打印机输入数据，信号高电平有效。：打印机的应答信号。该信号为低电平时表示数据线上的数据被读取。：“出错”信号。2.4.7 掉电保护和检测、报警电路一、掉电保护掉电就是在正常工作时突然失去了电源。微机的系统在失去电源之后就可能会发生紊乱，实时数据就会丢失，而且已经混乱的系统可能会执行一些随机操作，造成一些额外的损失。为了在突然断电的情况下保护现场实时数据和及时关闭微机系统，就只能设置掉电保护电路。保护数据有两种方法：第一种就是增加一个备用电池，如图2-13所示稳压电源和备用电池分别通过单项二极管接于存储器的

39、Vcc端，当备用电池电压不比电源电压高的时侯，电池不起作用；高于电源电压时，备用电池工作。图2-13 备用电池的连接和掉电检测电路第二种就是选择一个电可擦可编程只读存储器（EEPROM），在发生意外情况的时候，将重要数据存储在里边。二、检测、报警电路仪器内还应设置掉电检测电路（见图2-13），一旦收到了掉电的信号的时侯，就迅速保护住中央电脑和寄存器中的数据信息。图中CMOS555接成单稳形式，在突然失去电源的时侯中断请求信号会由3端输出，输出的信号是一个低电平。超载报警电路也是必不可少的。当仪器检测到称重物品超过最大量程时，单片机就会输出控制信号，控制蜂鸣器报警。蜂鸣器的设计是比较简单的，只需

40、要一个单独的I/O口和三极管放大电路驱动就可以实现，只要在软件设计时，在必要的的时候给I/O口一个相应的脉冲就可以。三极管用普通NPN型3904。其电路如图2-14所示。 图2-14 报警电路3 仪器软件设计由主程序和中断服务程序这两个程序组成了整个仪器软件，软件设计所使用的结构是模块化结构。本章节主要内容就是一些主要的程序流程图。说明如表3-1所示的是矩阵键盘键号。表3-1 44矩阵键盘键号说明09 “去皮”“累计”“清除”“保持”“Enter”09 101112 131415 3.1 仪器主程序单片机会等初始化完成之后再进主程序。主程序流程图如图3-1所示。图3-1 仪器主程序流程图商品清

41、单只有在称量结束才会显示出来；如果还有商品还在称量，就显示正在称重商品的信息。3.2 中断服务程序仪器中断服务时的程序流程图如图3-2所示。图3-2 中断服务程序流程图另：仪器程序见附录。4 仪器的误差及误差分析在设计便携式电子秤时把误差分配与合成原理结合应用，在进行选择仪器的组成部分的工作时，必须要有误差分析、误差分配和总误差合成的步骤，只有这样才可以使设计更有可能实现。4.1 仪器的误差来源在从属静态称重的便携电子秤中,称重传感器，传感器输出信号传输的过程及数据处理的过程中还有秤体自身都会产生一些误差。 一、称重传感器的误差 应变式称重传感器本身的非线性、不重复性和滞后等特性都会产生一些无

42、法避免的误差。在工作时，因工作环境的变化使传感器发生零点漂移和改变传感器系数。其实在制作传感器的时候，已经用各种手段措施来降低这些误差了，剩下的误差已经基本不可能进行补偿了，只能把它当做偶然误差处理。因此传感器的合成误差可按均方根法合成，通过下面的公式可以求得：二、电子设备的误差因为电子设备中的数字仪表和芯片采用的都是高精度器件，所以因为电子设备产生的误差远低于传感器产生的误差。通过下边的公式可以求出电子设备的合成误差：在便携式电子秤中，放大器、A/D转换器、显示、打印部分等电子设备部分串联使用，其总误差为 （4-3）此式中、分别为单个仪器的合成误差。称重传感器与电子设备之间专门用来传输信号的

43、电缆线中因为能随着温度的变化而变化的电阻也会产生误差。包括直流供电时因为热电势产生的误差；电磁干扰传感器的引线导致的称重误差等。三、机械称重的误差物体重量主要是依靠机械承重系统来支撑，并且载荷通过机械承重系统被传递到称重传感器上。在这个过程中里不可避免的会被损耗，因此称重传感器不可能会完美地接收到全部力；或者传递的力与传感器受力轴线不在同一水平线上等情况都会造成误差。像那些无法准确计算的误差（比如机械承重系统在传递力的过程中发生的损耗、电源的频率波动的差值等），只能通过给这些误差留出一些误差空间，还有通过一些精巧的设计来减小它们对称重结果的影响。所以在机械装配时要非常小心，注意不要让载荷重量产

44、生力的方向与传感器的受力轴线发生偏移，尽量不要产生其他的分力。如果不把称重传感器放在最合适的位置或者没有最大限度降低外界对传感器的影响，就会降低对传感器预想的精度值，甚至还可能因为传感器稳定性的问题不能使用。4.2 仪器误差分配以及仪器误差的计算方式对于新设计或制造电子秤，分配陪误差的原则通常是根据对整个称重系统总的精度要求，按均方根分配，电子称重系统的各个组成部分都要分配到合理的误差比例。对于静态电子秤的各个部分所占比例为：称重传感器：电子设备和数据处理系统：机械承重系统 = 5：3：2在分配完误差之后，就要开始测试数据、计算误差，在计算误差之前要线进行调试。调试完电子秤之后，会在各个称重测

45、试点测试出一组数据，通过误差理论及有关误差公式计算出其精度或误差。在计算时方法使用均方根误差法。均方根法的具体步骤如下：若每个称量点检定后得到n个示值，分别为、，1. 先把每个称量点N次示值的平均值求出， （4-4） 式中下标表示的是所有称量点的编号，下标表示同一个称量点N次检定值中某一次检定。2. 求出偏差，它等于称重示值与该称量点平均值之差，即剩余误差 （4-5） 3. 求出均方根误差，即标准偏差 （4-6） 4.剔除粗大误差在偏差中只要是符合 3的称重示值，都应该剔除出去，然后在剔除后在重新计算1、2和3的步骤。因为在称重测量中，可以当做大于3误差值的出现概率的机会微乎其微，因为它的置信

46、概率在99.7%以上。在这种情况下就认为称重示值有着非常大的误差，必须丢弃此次称重示值，重新测量。5.作为被检称量点的偶然极限误差值是三倍的。6.称量点的系统误差都要求出来，它等于砝码质量值与其相应称量点示值平均值之差，即： （4-7） 7.求出最大综合误差,它等于偶然极限误差3与系统误差之和，即： = 3+ （4-8） 8.求出各称量点的相对误差，它等于最大综合误差除以相应砝码质量值MBj （4-9） 9.得到各称量点的精度，它等于相对误差的倒数 （4-10） 计算完上述过程后就按照所检验衡器的有关检定规程，查阅允差表，如果各个称量点的最大综合误差 或相对误差均都不超过允差范围的话，此电子秤的称量误差合格，只要有一项不符合就为不合格。5 结 论本此设计的主旨是为