毕业设计一种基于单片机的袖珍电子秤的设计正文部分

本科毕业设计说明书（论文）第1页共39页1引言在生活中我们经常需要用秤来测量物体的重量，由于秤在我们日常生活中的应用十分广泛，我们对其的设计要求就需要操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。11称重技术的发展与成果电子称的发展过程经历了由简单到复杂、又粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程1。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出信号的电子衡器。近年来电子称已愈来愈多地参与到数据的处理和控制过程中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可或缺的组成部分。随着称重传感器各项性能的不断突破2，为电子称的发展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在20世纪60年代就出现了01称量准确度的电子称，并在70年代中期约对75的机械称进行了机电结合式改造。我国的衡器在20世纪40年代以前还全是机械式的，40年代开始发展了机电结合式的衡器，50年代开始出现了以称重传感器为主的电子衡器，80年代以来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造，已由传统的机械式衡器步入集传感器、微电子技术、计算机技术与一体化的电子衡器发展阶段3。随着称重传感器技术以及超大规模集成电路和微处理器的进一步发展，电子称重技术及其应用范围将更进一步的发展，并被人们越来越重视。根据近些年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子称的发展动向为小型化、模块化、智能化、集成化；其技术性能趋向于速率高、准确度高、可靠性高；其应用性趋向综合性、组合性4。12电子秤的组成121电子秤的基本结构电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电了秤均由以本科毕业设计说明书（论文）第2页共39页下三部分组成5A承重、传力复位系统它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。B称重传感器即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。对称重传感器的基本要求是输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠6。C测量显示和数据输出的载荷测量装置7即处理称重传感器信号的电子线路（包括放人器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节8。122电子秤的工作原理9当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系一般成正比关系的电信号电压或电流等。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由A/D器进行转换10，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成11。123电子秤的计量性能电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有量程、分度值、分度数、准确度等级等。本科毕业设计说明书（论文）第3页共39页A）量程电子衡器的最大称量MAX，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。B）分度值电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值，用E或D来表示。C）分度数衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用N表示。D）准确度等级12国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成、四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数N的范围，如下表11所示表11电子秤等级分类标志及等级电子秤种类分度数范围（N）特种准确度（级）基准衡器N100000级高准确度（级）精密衡器10000085W74193RESULT63694/把电压转换为重量（单位G）CW本科毕业设计说明书（论文）第27页共39页GC/1000/显示重量的千位SC1000/100/显示重量的百位BC100/10/重量的十位UC10/重量的个位423数码管显示程序将A/D采集转换的量逐位显示。VOIDDISPLAYSECONDUNSIGNEDCHARS,BP20XFE/数码管1亮P1TAB1G0X80/显示重量的个位和小数点DELAYP20XFFP20XFD/数码管2亮P1TAB1S/显示重量的十分位DELAYP20XFFP20XFB/数码管3亮P1TAB1B/显示重量的百分位DELAYP20XFFP20XF7/数码管4亮P1TAB1U/显示千分位DELAYP20XFF424语音播报程序控制地址段放音部分为VOIDSC_SPEECHUNSIGNEDCHARCNTUNSIGNEDCHARISC_RST1DELAY_US100/DAC,大于32段为15MSSC_RST0DELAY_US100FORI0ICNTISC_DATA1/数据脉冲高本科毕业设计说明书（论文）第28页共39页DELAY_US100/延时100USSC_DATA0/数据脉冲低DELAY_US100/延时100US控制地址段组合放音部分为VOIDSC_SPEECHSVOIDSC_SPEECHSP0/播放第一位语音“您好”SC_WBUSYSC_SPEECHSP1/播放第二位语音，个位SC_WBUSYSC_SPEECHSP2/播放第三位语音，“点”SC_WBUSYSC_SPEECHSP3/播放第四位语音，十分位SC_WBUSYSC_SPEECHSP4/播放第五位语音，百分位SC_WBUSYSC_SPEECHSP5/播放第六位语音，千分位SC_WBUSYSC_SPEECHSP6/播放第七位语音“公斤”SC_WBUSYSP00SP10SP20SP30SP40SP50SP60/播放完毕后将各位置于无语音播放的0地址位43软件的编译在对系统整个软件程序的编写完成后，在KEILUVISION2中进行编译调试，经过程序纠错后的编辑结果如图41所示。本科毕业设计说明书（论文）第29页共39页图41软件编译结果本科毕业设计说明书（论文）第30页共39页5系统的整体调试51软件仿真实物模型制作之前电子秤系统的计算机仿真由PROTEUS软件完成的，通过与KEILUVISION2的联调实现对系统的仿真。仿真时通过改变接入电阻的阻值来模拟负载的变化。当负载为1500G（接入电阻为3604）和2000克（接入电阻为3630）时的仿真结果分别如图51和图52所示。图51负载1500G时的仿真结果图52负载2000G时的仿真结果本科毕业设计说明书（论文）第31页共39页52硬件电路的调试521采集放大电路的调试由于实际电路与软件仿真结果可能存在的误差，因此对于采集放大电路的调试显得十分重要，需要验证放大电路输出电压OU与压力传感器电阻阻值之间的关系。通过对硬件电路的调试发现输出电压与仿真结果有较大误差，因此需调节放大电路。经过调试发现，可以调整图37中所示放大电路中R1的阻值来完善电路，最终实际电路中R1采用阻值为22K的电阻。对采集电路的调试如图53所示，测得的结果如表51所示。图53放大电路的硬件测试表51实际硬件电路采集电压与负载关系表负载重量（G）06001200180024003000输出电压（V）357435953616363736583680将表51数据输入EXCEL进行数据分析，得出关系曲线，如图54所示。由此可以分析出，完善实际电路后提高了本设计的精度，将实际测得的负载重量与输出电压的关系式代替原程序中的电压质量转换函数即可完成设计。本科毕业设计说明书（论文）第32页共39页负载重量W与输出电压UO关系图Y28489X101826500050010001500200025003000350035603580360036203640366036803700输出电压（V）负载重量（G）系列1线性系列1图54负载重量与输出电压关系曲线图522语音报数模块的调试在测试语音模块时，编写了调用芯片所有地址位发音的程序进行测试，如图55所示，测试结果正常。图55语音模块测试图523系统整体测试在对硬件电路分模块测试结束后，对系统整体测试。将修改后的程序重新进行编译生成HEX文件，将HEX文件下载到单片机芯片中。由于实验室仅提供STC89C58RD单片机芯片，因此通过STC公司提供的软件STCISP进行HEX文件的下载，下载界面如图56所示。本科毕业设计说明书（论文）第33页共39页图56HEX文件下载界面硬件电路所有模块测试完成后进行电子秤的性能测试，选取了600G、1200G、2250G的物体分别进行测量，测量结果如图57、图58、图59所示。图57负载600G测试本科毕业设计说明书（论文）第34页共39页图58负载1200G测试图59负载225KG左右的笔记本电脑测试本科毕业设计说明书（论文）第35页共39页结论本文基于单片机的电子秤设计进行了一系列的理论探索以及实际研究，集传感器技术与微机技术于一体，实现了电子秤的基本称重显示功能和语音播报功能。该课题的设计，使我了解了电子秤装置中A/D采集放大电路的设计、A/D转换与单片机连接电路与采集程序、单片机驱动数码管显示电路与程序和语音播报功能的电路与程序，掌握了设计电子秤的各模块电路与程序。在设计过程中，由于设备、时间以及自身能力的原因，电子秤的大量程功能并未实现，而且采用的ADC0809造成称量的精度不够，因此该设计需要改善。经查阅资料，电子秤的A/D采集部分可选用电子秤专用的A/D7710，从而可以实现高精度测量。另外，本次设计由于设计采集电路是并未考虑到电路调零，因此采用了软件调零。本科毕业设计说明书（论文）第36页共39页致谢在此毕业论文完成之际，我要向我的指导老师李昂老师表示衷心的感谢，感谢李老师在毕业设计中对我的精心指导，为我各个阶段的小结进行阅读点评，同时也要感谢曾志鹏老师在我实际电路调试时给我提供的宝贵建议。在完成毕业论文的同时，我学到了不少知识，掌握了科研的方法，也获得了实践锻炼的机会，两位老师严谨的治学态度、广博的学识以及对我的严格要求使我受益终身。本科毕业设计说明书（论文）第37页共39页参考文献1赵广平，孙雯萍，孙建军电子称重技术现状及发展趋势J仪表技术与传感器，2007，（7）76772何希才，薛永毅传感器及其应用实例M北京机械工业出版社，200413周航慈单片机应用程序设计技术M北京北京航空航天大学出版社，2002114阎石数字电子技术基础M北京高等教育出版社，1997125李燕电子秤的结构和工作原理J物理通报，2006,655566王艳春，于晓敏，杨欣宇便携式电子秤的设计J齐齐哈尔大学学报，2003,12,19444467COLMSLATTERY,MARIAHNIEAREFERENCEDESIGNFORHIGHPERFORMANCE,LOWCOSTWEIGHSCALESJGLOBALELECTRONICS,2006,559648童诗白，华成英模拟电子技术基础M北京北京高等教育出社20019赵总社关于电子秤的工作原理与应用J科技信息，2007,17010凌有铸，刘力单片机控制的电子秤J中国纺织大学学报，1998,10,245808311朱华增，马树勇电子秤的设计制作和调试方法J技术监督纵横，1998,43712王先安，王先雨一种袖珍型电子秤的设计