本科毕业论文-基于at89c51单片机的便携式电子称设计

基于AT89C51单片机的便携式电子称设计摘要日常生活中人们很多地方需要用到便携式电子秤，人们对便携式电子秤的要求也越来越高，大家期望能够让电子秤体积变小，功耗低，精度高，使用年限长。因此本文设计了一种新型电子秤，它的量程为05KG，最小分辨率可达到01G。该电子秤已经足够满足人们日常生活中的使用。本文介绍了该系统的各部分组成。包括传感器，电源电路，信号放大，A/D转换，输出显示，超重报警，单片机最小系统。在硬件电路中详细介绍了系统各部分电路，给出了仪器电路相关流程图，电路图。并利用PROTEUS仿真软件进行仿真。以及利用LABVIEW软件设计该产品的虚拟模拟界面，深刻解读该系统。该系统主要由51单片机来控制，测量物体重量部分由双孔悬臂梁力传感器测量，经过差动放大器为信号进行放大，再利用A/D转换器转换成数字信号输入至单片机中，再通过LCD显示重量。系统还设置了超重报警功能，保护仪器，防止超重对传感器的破坏。因此该电子秤俱备了体积小、操作简单、精度高，性价比高、功耗低、系统设计简单、速度快等优点。关键词双孔悬臂梁力传感器，51单片机，A/D转换，电子秤目录摘要2目录31引言411课题的背景和意义412本论文主要工作42总体设计方案521传感器522信号放大器623A/D转换724单片机系统8241LCD显示9242超重报警925电源部分103传感器选型104LABVIEW仿真135总结与展望14参考文献14附录151引言11课题的背景和意义随着科学技术的发展，时代的进步，人们对在生产和生活着对秤的要求越来越高，在有些方面需要量程比较大的秤，而在有些地方则需要量程小，精度高的秤。目前，台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。现有的便携秤为杆秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤，居民用户使用的是国家已经明令淘汰的杆秤。随着时代的发展，人们一直希望能够有携带方便，精度高，功耗小的便携式电子秤。12本论文主要工作本文主要是向大家介绍一种新型的便携式电子秤，该电子秤的量程05KG，最小分辨率可达到01G。该电子秤已经足够满足人们日常生活中的使用。本文详细介绍了该系统的各部分组成。包括传感器，硬件电路，输出显示，超重报警。在硬件电路中详细介绍了系统各部分电路，给出了仪器电路相关流程图，电路图。并利用PROTEUS仿真软件进行仿真。以及利用LABVIEW软件设计该产品的虚拟模拟界面，深刻解读该系统。本系统主要由AT89C51单片机来控制，测量物体重量部分由双孔悬臂梁力传感器测量，经过差动放大器为信号进行放大，再利用A/D转换器转换成数字信号输入至单片机中，在通过LCD将重量显示出来。系统还设置了超重警报功能，保护仪器，防止超重对传感器的破坏。因此该电子秤俱备了体积小、操作简单、精度高，性价比高、功耗低、系统设计简单、速度快等优点。2总体设计方案图1系统原理框图系统总体方案设计如图1所示，它是由悬臂梁力传感器模块，放大电路模块，A/D信号转换器模块，AT89C51单片机模块，数据显示模块，超重报警模块构成。该电子秤还设有一个电源开关按键。21传感器由于本系统要求称重在0至5KG范围内，且最小分辨率为01G。因此传感器部分主要是用双孔悬臂梁力传感器进行测量重量如图1所示，它是一种高精度，性能优良，适合小量程的称重测力传感器，采用弹性梁和应变片作转换元件。当力作用在弹性元件（梁）上时，金属与应变片一起变形使应变片的电阻变化。图1双孔悬臂梁力传感器原理图在传感器的测量电路方面，本系统要求的最小分辨率为01G，因此采用全桥差动电路。它不仅能消除非线性误差，而且还使电桥的输出灵敏度是单臂工作时灵敏度的四倍，同时还具有温度补偿的作用。单臂电桥工作时，KEU40半桥差动电路工作时，2全桥差动电路工作时，0由上可知，全桥差动电路是最适合传感器测量电路。如图2所示图2全桥差动电路22信号放大器该系统的传感器输出电压幅值范围030MV。而A/D转换器的输入电压要求为03V，因此该放大电路的增益必须为100左右。对放大环节的要求是增益可调的（80130倍），根据本设计的实际情况增益设为100倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。因此放大电路主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放OP07做成一个差动放大器。如图3所示。图3差动放大电路23A/D转换目前，世界上有多种类型的ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。该系统中对物体重量测量的量程为0至5KG，精度为01G，精度要求不高，仪器使用的场合要求不高，A/D转换的速率要求也不高，而双积分型A/D转换器精度高，具有精确的差分输入，重要的是输入阻抗高，有自动调零功能，有超量程信号输出，全部输出于TTL电平兼容。且双积分型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。因此综上所述，根据系统的精度要求以及综合的分析其优点和缺点，该系统采用了12位A/D转换器AD574。电路连接如图7所示图7A/D转换电路24单片机系统该系统采用MCS51系列的AT89C51单片机，AT89C51单片机有4K字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。单片机的引脚图如图4所示图4单片机引脚图241LCD显示该系统采用LCD来显示重量，由于是便携式电子秤，因此需要耗能低的组件，而利用LED数码管显示的话，它的功耗比较高，因此使用LCD来做显示电路，可以节省电能消耗。LCD电路与单片机的电路连接如图5所示。图5系统显示电路242超重报警对于电子秤而言，超重报警是必不可少的部分，因为如果测量的物体长期超过传感器所承受的范围内，可能会导致传感器无法复原，产生严重的偏差，最终导致测量结果不准确。因此在超重报警中，通过A/D转换器转换进来的信号，在单片机内部进行比较，如果超过量程5KG范围内，则在单片机的P20口输出高电平，在报警电路中有发光二极管，蜂鸣器，NPN三极管，限流电阻。当P20为高电平时，三极管导通，蜂鸣器想起，发光二极管发亮。具体原理如图6所示。图6报警电路25电源部分该系统的传感器部分需要12V的直流电压，其余芯片单片机之类的需要5V的直流电压。因此本系统通过接入220V的交流电，经过变压器降压，通过整流滤波电路将交流电变成直流电，再通过稳压二极管来控制电压，输出正负12V，正负5V的直流电压。具体电路如图8所示。图8电源电路3传感器选型根据本系统的设计方案，在市场上发现有两款传感器，第一款是由蚌埠恒远传感器有限公司生产的HYXB021小量程悬臂梁传感器。第二款是由博林公司生产的BL801平行梁传感器。两款传感器在内部参数上都非常的接近，但是在外形上，第一款传感器的体积要比第二款传感器要小，由于该系统设计的是便携式传感器，因此，我们就选择了第一款由蚌埠恒远传感器有限公司生产的HYXB021小量程悬臂梁传感器。传感器介绍如下HYXB021小量程悬臂梁传感器如图11传感器实物图图12传感器外形图额定负荷1，2，5（KG）额定输出10015MV/V非线性003FS滞后003FS重复性003FS蠕变5分钟003FS输出温度影响001FS/零点温度影响005FS/零点平衡01000MV/V输入阻抗111510输出阻抗100010绝缘阻抗1000M安全过载率150FS极限过载率200FS工作温度范围2060推荐工作电压512VDC最大工作电压15VDC材质铝合金防护等级IP65电缆0825CM台面尺寸150150MM接线方式红电源，黑电源，绿信号，白信号传感器尺寸80X27X127MM规格1KG2KG5KG满量程输出电压激励电压X灵敏度10MV/V例如供电电压是5V乘以灵敏度10MV/V满量程5MV接线红线输入电压黑线输入电压绿线输出信号白线输出信号4LABVIEW仿真该系统利用随机数产生08之间的数来模拟物体的重量，包括了超重部分，当产生的数字超过5时会发出警报并将重量显示置0，系统中还有一个总开关进行控制。因此该系统能够形,象的模拟出生活中的各种状况。图9LABVIEW前面板图10LABVIEW程序框图5总结与展望便携式电子秤一共涉及到传感器，电源供电，信号放大及转换，利用单片机来控制整个系统，再显示在LCD液晶显示屏，超重报警等方面，该产品属于新型的便携式电子秤，在精确度方面相比以前提高了很多，该产品的精确度为01G。如果按照我们的方案来设计生产该产品，一定能够满足市场需求。而且该产品的价格低廉，携带方便，结构简单。但是产品的不足之处是无法调节产品的量程，由于传感器是5KG的量程，因此电子秤也不能为用户提供量程转换功能。今后通过继续努力研究与学习，利用更好的传感器来解决该问题，则可以满足更多的用户来使用该产品。参考文献1马修水，钟伟红，陈琢等传感器与检测技术M浙江浙江大学出版社，20092李林功，吴飞青，王兵等单片机原理与应用M北京机械工业出版社，2007961203刘刚，王立香，张连俊LABVIEW820中文版编程及应用M北京电子工业出版社，2007附录产品介绍说明使用说明接入220V的家庭用电，打开电源开关即可使用，使用时注意请勿渗入水，可能会引起产品短路。请勿在载物台上放置超过5KG量程的物体。使用完毕后请关闭电源，节约能源。请您删除一下内容，O_O谢谢MANYPEOPLEHAVETHESAMEMIXEDFEELINGSWHENPLANNINGATRIPDURINGGOLDENWEEKWITHHEAPSOFTIME,THESEVENDAYCHINESE请您删除一下内容，O_O谢谢NATIONALDAYHOLIDAYCOULDBETHEBESTOCCASIONTOENJOYADESTINATIONHOWEVER,ITCANALSOBETHEEASIESTWAYTORUINHOWYOUFEELABOUTAPLACEANDYOUMAYBECOMEMOREFATIGUEDAFTERTHEHOLIDAY,DUETOBATTLINGTHELARGECROWDSDURINGPEAKSEASON,ADREAMABOUTAPLACECANTURNTONIGHTMAREWITHOUTCAREFULPLANNING,ESPECIALLYIFYOUTRAVELWITHCHILDRENANDOLDERPEOPLEASMOSTCHINESEPEOPLEWILLTAKETHEHOLIDAYTOVISITDOMESTICTOURISTDESTINATIONS,CROWDSANDBUSYTRAFFICAREINEVITABLEATMOSTPLACESALSOTOBEEXPECTEDAREINCREASINGTRANSPORTANDACCOMMODATIONPRICES,WITHTHEPOSSIBILITYTHATTHEREWILLBENOROOMSAVAILABLEITISALSOCOMMONTHATYOULLWAITINTHELINEFORONEHOURTOGETATICKET,ANDANOTHERTWOHOURSATTHESITE,TOONLYSEEATINYBITOFTHEPLACEDUETOTHECROWDSLASTYEAR,428MILLIONTOURISTSTRAVELEDINCHINAOVERTHEWEEKLONGHOLIDAYINOCTOBERTRAVELINGDURINGTHISPERIODISAMATTERTHATNEEDSTHOROUGHPREPARATIONIFYOUARESHORTONTIMETOPLANTHEUPCOMING“GOLDENWEEK“ITMAYNOTBEABADIDEATOAVOIDSOMEOFTHEMOSTCROWDEDPLACESFORNOWTHEREISALWAYSAPLACESOFASCINATINGTHATEVERYONEYEARNSFORARXANISAPLACELIKETHISTHEBEAUTYOFARXANISEVERLASTINGREGARDLESSOFTHECHANGINGOFFOURSEASONSBESTOWEDBYNATURE,ITSSPECTACULARSEASONALLANDSCAPEANDMOUNTAINSAREJUSTBEYONDWORDARXANISACRUCIALDESTINATIONFORTHERECOMMENDEDTRAVELLINGROUTE,“CHINAINNERMONGOLIAARXANHAILARMANZHOULI“ITISALSOTHEJOINTOFTHEFOURPRAIRIESACROSSTHESINOMONGOLIANBORDER,WHEREPEOPLEGRAVITATETOWARDSTHEEXOTICATMOSPHEREMIXEDWITHCHINESE,RUSSIAN,ANDMONGOLIAELEMENTSASAHISTORICSITEFORTHEYITIANBATTLE,ARXANSTILLEMBODIESTHESPIRITOFGENGHISKHANWALKINGINTOARXAN,YOUWILLBEAMAZEDBYAKALEIDOSCOPEOFGORGEOUSCOLORSALLTHEYEARROUNDTHESPRINGAZALEASBLOOMINGREDINTHESNOW,THESUMMERSEAWAVERINGBLUEINTHEBREEZE,THEAUTUMNLEAVESPAINTEDINYELLOWCOVERINGVOLCANICTRACES,ANDTHEWINTERWOODSSHININGWHITEONTHEVASTALPINESNOWSCAPEHINGGANLEAGUEARXANCITYISSITUATEDINTHEFAREASTERNAREAOFINNERMONGOLIAAUTONOMOUSREGIONITSFULLNAME“HARENARXAN“MEANS“HOTHOLYWATER“INTHEMONGOLIANLANGUAGEARXANISATOURISMCITYINTHENORTHERNFRONTIERWITHABLENDOFLARGEFOREST,GRANDPRAIRIES,VASTSNOWFIELD,HEAVENLAKECLUSTER,THERMIUM,ASWELLASVOLCANICCLUSTERITISARAREANDUNIQUEECOTOURISMBASEFILLEDWITHHEALTHYSUNSHINE,CLEANAIRANDUNSPOILEDGREENNESTLEDCLOSETOTHECOUNTRYSLARGESTVIRGINFOREST,ANDKNOWNFORITSSPRINGANDECOLOGICALENVIRONMENT,ARXANISMARVELEDATBYMANYTOURISTSASTHEPURESTLANDONEARTHYOUCANNOTMISSOUTTHEAUTUMNOFARXANITISDEFINITELYTHEBESTWITHBRIGHTLYCOLOREDSCENERYFULLOFEMOTIONSAUTUMNINTHENORTHERNPARTOFTHECOUNTRYCOMESEARLIERTHANTHESOUTHASEPTEMBERRAINFOLLOWEDBYTHEFOOTPRINTSOFAUTUMNBRINGSMORECOLORSTOTHEONCEEMERALDGREENMOUNTAINANDBLOOMINGGRASSLANDSHUTTERBUGSFLOCKTOSEEFORTHEMSELVESTHEMARVELOFSPLENDIDCOLORSAROUNDTHEMOUNTAINSANDWATERS,MANYOFWHOMHAVETRAVELALONGDISTANCEANDEVENCAMPHEREONLYTOCAPTUREAMOMENTOFTHENATUREWONDERTHESILVERBIRCHTURNSGOLDEN,WHILETHELARCHISSTILLPROUDLYGREENYOUWILLFINDYOURSELFDROWNEDINTHEINTOXICATINGREDOFTHEWILDFRUITSASWELLASTHEGLAMOUROFFLOWERSINFULLBLOWNANDYOURHEARTWILLBELINGERINGONTHEWOODSASITSTIMEFORTHEWILDFRUITSTORIPETHEPICTURESQUEARXANINAUTUMNISINDEEDAFAIRYLANDONLYEXISTSINADREAMTHATSATISFIESALLYOURFANTASIESIFITRAINSHEAVILYONSATURDAYNIGHT,SOMEELDERLYCHINESEWILLSAYITISBECAUSEZHINU,ORTHEWEAVINGMAID,ISCRYINGONTHEDAYSHEMETHERHUSBANDNIULANG,ORTHECOWHERD,ONTHEMILKYWAYMOSTCHINESEREMEMBERBEINGTOLDTHISROMANTICTRAGEDYWHENTHEYWERECHILDRENONQIXI,ORTHESEVENTHNIGHTFESTIVAL,WHICHFALLSONTHESEVENTHDAYOFTHESEVENTHLUNARMONTH,WHICHISUSUALLYINEARLYAUGUSTTHISYEARITFALLSONSATURDAY,AUGUST2FOLKLORESTORYASTHESTORYGOES,ONCETHEREWASACOWHERD,NIULANG,WHOLIVEDWITHHISELDERBROTHERANDSISTERINLAWBUTSHEDISLIKEDANDABUSEDHIM,ANDTHEBOYWASFORCEDTOLEAVEHOMEWITHONLYANOLDCOWFORCOMPANYTHECOW,HOWEVER,WASAFORMERGODWHOHADVIOLATEDIMPERIALRULESANDWASSENTTOEARTHINBOVINEFORMONEDAYTHECOWLEDNIULANGTOALAKEWHEREFAIRIESTOOKABATHONEARTHAMONGTHEMWASZHINU,THEMOSTBEAUTIFULFAIRYANDASKILLEDSEAMSTRESSTHETWOFELLINLOVEATFIRSTSIGHTANDWERESOONMARRIEDTHEYHADASONANDDAUGHTERANDTHEIRHAPPYLIFEWASHELDUPASANEXAMPLEFORHUNDREDSOFYEARSINCHINAYETINTHEEYESOFTHEJADEEMPEROR,THESUPREMEDEITYINTAOISM,MARRIAGEBETWEENAMORTALANDFAIRYWASSTRICTLYFORBIDDENHEORDEREDTHEHEAVENTROOPTOCATCHZHINUBACKNIULANGGREWDESPERATEWHENHEDISCOVEREDZHINUHADBEENTAKENBACKTOHEAVENDRIVENBYNIULANGSMISERY,THECOWTOLDHIMTOTURNITSHIDEINTOAPAIROFSHOESAFTERITDIEDTHEMAGICSHOESWHISKEDNIULANG,WHOCARRIEDHISTWOCHILDRENINBASKETSSTRUNGFROMASHOULDERPOLE,OFFONACHASEAFTERTHEEMPRESSTHEPURSUITENRAGEDTHEEMPRESS,WHOTOOKHERHAIRPINANDSLASHEDITACROSSTHESKYCREATINGTHEMILKYWAYWHICHSEPARATEDHUSBANDFROMWIFEBUTALLWASNOTLOSTASMAGPIES,MOVEDBYTHEIRLOVEANDDEVOTION,FORMEDABRIDGEACROSSTHEMILKYWAYTOREUNITETHEFAMILYEVENTHEJADEEMPERORWASTOUCHED,ANDALLOWEDNIULANGANDZHINUTOMEETONCEAYEARONTHESEVENTHNIGHTOFTHESEVENTHMONTHTHISISHOWQIXICAMETOBETHEFESTIVALCANBETRACEDBACKTOTHEHANDYNASTY206BCAD220TRADITIONALLY,PEOPLEWOULDLOOKUPATTHESKYANDFINDABRIGHTSTARINTHECONSTELLATIONAQUILAASWELLASTHESTARVEGA,WHICHAREIDENTIFIEDASNIULANGANDZHINUTHETWOSTARSSHINEONOPPOSITESIDESOFTHEMILKYWAYCUSTOMSINBYGONEDAYS,QIXIWASNOTONLYASPECIALDAYFORLOVERS,BUTALSOFORGIRLSITISALSOKNOWNASTHE“BEGGINGFORSKILLSFESTIVAL“OR“DAUGHTERSFESTIVAL“INTHISDAY,GIRLSWILLTHROWASEWINGNEEDLEINTOABOWLFULLOFWATERONTHENIGHTOFQIXIASATESTOFEMBROIDERYSKILLSIFTHENEEDLEFLOATSONTOPOFTHEWATERINSTEADOFSINKING,ITPROVESTHEGIRLISASKILLEDEMBROIDERSSINGLEWOMENALSOPRAYFORFINDINGAGOODHUSBANDINTHEFUTUREANDTHENEWLYMARRIEDWOMENPRAYTOBECOMEPREGNANTQUICKLYTRADITIONTRANSFORMEDTHELOVESTORYOFNIULANGANDZHINU,ANDTHEQIXIFESTIVALHAVEBEENHANDEDDOWNFORGENERATIONSYETTHESEANCIENTTRADITIONSANDCUSTOMSARESLOWLYDYINGOUTMANYMODERNCHINESE,PARTICULARLYYOUNGSTERS,SEEMTOKNOWMOREABOUTSTVALENTINESDAYONFEBRUARY14,CHARACTERIZEDBYBOUQUETSOFROSES,CHOCOLATESANDROMANTICCANDLELIGHTDINNERS,THANTHEYDOABOUTTHEIRHOMEGROWNDAYFORLOVERSEVENQIXIISNOWADAYSREFERREDTOASTHE“CHINESEVALENTINESDAY“MOREANDMOREYOUNGCHINESEPEOPLEBEGINTOCELEBRATETHISDAYINAVE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