论文简易电子秤的设计.doc

简易电子秤的设计中文摘要：目前，电子秤的使用非常普遍，它逐渐会取代传统的杆秤。由力传感器制作的电子秤已广泛地应用到各行各业, 特别是微处器的出现，利用微型计算机技术制作的电子秤在许多领域都得到了很广泛的应用。 本文介绍了一种以89c52单片机微处理器的电子秤，并配以几个主要的集成电路器件设计成的智能电子秤。本系统是利用力传感器采集当前重力，根据输入单价，计算出物品的金额；同时把重量、金额显示到led数码管上。 关键词： 压力传感器;放大器;单片机abstract： nowadays，electronicssteelyardis very popular and it will replace the traditional steelyard gradually. the electronics steelyard made by the pressure transducer has been applied to all professions, especially theemergenceofthemicroprocessor.the electronics steelyard that the technique of making use of the microcomputer creates all got a very extensive application this text introduces a kind of intellectual electrical system which is controlled by msp430 and consists of several integrated circuits. this system gathers the pressures by the pressure sensor according to the price input ,calculate the price accurate and display the weight and the money in the led 。keywords： pressure sensor;amplifier magnifier;scm singlechip 1 秤重技术和衡器的发展1.1 概述质量是测量领域的一个重要参数，在现代社会里，秤重技术融入了国民经济的各个领域，在工业企业的生产经营，工艺管理，资源利用，安全环保，运输常离不开工业衡器。经过几十年的努力，通用工业衡器技术也成熟，正向着系列化、标准化、智能化、模块化、小型化、轻型化发展。其性能可靠。完全满足了生产和经营的要求。同时，很大一部分工业生产的物质流到资金流的转换就是通过秤重信息来实现的。人们对货物交换量进行计量，就必需有计量仪器。秤作为最普遍、最普及的计量设备。因此，电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。2系统的工作原理及硬件构成该电子秤是以89c52单片机为核心,采用微型计算机技术设计的简易电子秤。硬件由电阻应变式称重传感器、89c52单片机、a/d转换电路和led八段数码显示管组成，可测量500克的重物重量，测量精度为5克。本设计目标是：将被测重物的重力传递给称重传感器。,将作用于其上的重力转变为线性的电压输出, 再经过放大器将信号放大，通过a /d转换电路将放大的电压值变换成相应的数字量, 由单片机89c52进行运算处理, 最后将物体的重量和价格显示出来2.电子秤系统构成应变式传感器电桥电路a/d转换器led显示器单片机键盘电路v0vi放大器 图1 系统框图2.1.1应变式传感器电阻应变式传感器将电阻应变片粘帖到各种弹性敏感元件上，可测压力，其结构简单，使用方便，性能稳定可靠，线性度高，应用广泛，灵敏度高，测量速度快。因此我们选用电阻应变式传感器. 应变片式传感器按其测量电路可分为单臂式、半桥式、全桥式三种，我们选用的是全桥式传感器。所谓，半桥，即将电桥的四臂接入四应变片，其中：一片受拉，一片受压，另外两应变片不受力，全桥是两片受拉，两片受压，故灵敏度比半桥式的大一倍。其温度影响也小。应变片是电阻应变传感器的主要组成部分之一， 它是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。在本设计中我们选用的是丝式应变片，它的工作原理是基于金属的应变效应。金属丝的电阻随着它所承受的机械变形的大小而发生相应变化的现象称为金属的电阻应变效应。测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。2.1.2 应变电桥 前面提到了应变片，这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥。其原理图略，桥臂电阻分别用r1、r2、r3、r4来表示。它们的阻值若太小，所需驱动电流大，同时应变片发热，在不同环境中阻值变化太大。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。我们选用350欧电阻，且r1=r2=r3=r4。既当500g的物体作用于弹性敏感元件时产生的阻值变化r=0.25欧。2.1.3 放大电路由于传感器输出的电压为毫伏级，而a/d转换器所能处理的电压是0-5v，对运算放大器的要求高，需在a/d转换器前加入前置差动放大电路以实现电压的放大。由于传感器输出信号电压为0.0285714v，而a/d转换器需要的电压为5v，则信号放大倍数av=5v/0.0285714v=175，即需将输入信号放大175倍。为保证放大器电路的性价比，放大电路我们采用的是通用运放做成的差动放大器。其原理图如图2所示。vi1vi2r1ir2ir3ir4irir5ir7ir8ir9ir6ic1ic3ic2ic4i-5vi+5viv0 图2电阻r1，r2，电容c1，c2，c3，c4用于滤除前级噪声，c1，c2为普通小电容，可以滤除高频干扰，c3，c4为大电解电容，主要用于滤除低频噪声。输入级加入射随器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器r6可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。差动放大器的输入信号来自于传感器的输出端输出的电压。第一级为射极跟随器，中间级为差动放大电路，最后一级为反向比例运算放大电路。2.1.4 a / d 转换电路所谓a/d转换器就是模拟/数字转换器（adc），是将输入的模拟信号转换成数字信号。信号输入端可以是传感器和转换器的输出，而adc的数字信号提供给微处理器，根据我们此设计要求的电子称是500g的容量，测量的精度为5克，其精度为500/5=100.。因此采用 8位的a/d转换器即可满足设计要求。根据实验得，物体的重量与放大器输出的电压之间的关系如图3所示。重量（g）0g100g200g300g400g500gv040mv0.99v1.94v2.90v3.85v4.80v第 17 页 共 17 页图3 重量-电压转换表2.1.5 控制电路在单片机应用系统中，通常采用性价比高、配置灵活的数码管（led）做显示。被测信号经放大后送入单片机，由单片机根据测量信号的数据关系和键盘控制运算处理，最后经数码管显示出被测物体的重量和价格。其方框图如图4所示。放大器ad转换器mucat89c52键盘电路静态显示图 4单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且成本低,功耗低,体积小，算术运算功能强,技术成熟等优点。但缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。因此我们在本文中选用的6个led组成数码管显示系统。它具有硬件设备简单，可移植性好，成本低廉的特点，在各种仪表显示系统中应用效果良好。2.1.6 led数码管显示电路显示部分可以将处理得出的信号在八段数码管上显示，让人们直观的看到被测物体的重量、价格等信息。led显示分状态显示和数据显示两种。状态显示即由单只led的亮和灭来反映其是否工作，而数据显示则应能显示0-9的数字或简单少量的字母，在单片机应用系统中最常用的是八段led。我们采用的是八位共阳极led数码管，能够显示物体的重量和总价。2.1.7 键盘电路根据电子秤的功能要求，我们既要测量称重物体的重量，又要根据重量来计算单价、总价等。因此，我们需设置8个按键。即“测量键”，“元键”，“角键”，“分键”，“单价显示键”，“总价显示键”，数字“+”键，数字“-”键。本课题是由吴佳玲同学和我完成，我着重介绍软件部分。3系统软件设计3.1 设计目标在系统硬件设计的基础上，要实现系统功能，程序设计是必不可少的，由于系统对实时性的要求并不高，而且涉及计算问题，我们采用单片机c语言进行程序设计。根据系统的设计要求,在硬件基础上，通过编程实现的主要功能如下：秤重并显示物体重量； 设置单价、计算总金额，并具有显示单价和总金额的功能。3.2 程序流程我们从系统设计入手，采用自顶向下的程序设计思想，对软件设计按下列步骤进行：即先分析系统对软件的要求；然后在此基础上进行软件总体设计，包括程序整体结构设计和对程序进行模块化设计，模块化设计即将程序划分为若干个相对独立的模块；并用c语言编写每个模块程序；最后按照软件总体设计时的结构框图以及秤的功能要求将软件的初始化模块、转换模块、显示模块、键盘输入模块、键功能处理模块、延时模块等将各模块连接成一个完整的程序。系统的程序流程如图5所示。该程序流程图是根据系统软件的工作流程得出的，它实际上是各个程序模块的集合，主程序流程图给出了系统工作的基本过程，描述了信号的基本流向，在程序设计中起到一个向导的作用开始初始化有键按下测量键读a/d转换计算重量显示重量重量.单价显示总价按“元”键按“角”键总 价设置单价修改“元”修改 “角”按“分”修改“分ynnyyynynn显 示 单 价y数字“+”数字加1n数字“”数字减1 图5程序流程图注：修改的是“元”、“角”、“分”的实际含义是设置修改“元”、“角”、“分”的标志。从程序流程图可看出，在设计程序时，键盘的功能定义对程序的设计具有重要作用。3.2.1 键盘功能定义根据硬件电路，我们设计的键盘由8个按键组成，它们分别与单片机的p1口相接，各按键的功能定义如下：用p1.0作测量键：当测量键按下时，从p1.0输入的信号为1，系统对进行称重(此时从单片机读p1口得到的键盘值为0x01)。用p1.1、p1.2、 p1.3作对应单价设置中元、角、分键；如按下p1.1，表示此后在按下的数字键是在对应元进行设置； 用p1.4、p1.5作的数字上、下调节键，如先按下p1.1，再按p1.4，则将单片机内部保存的元这一位进行加1处理，如果该位已是就则变为0。余类推。用p1.6作显示单价键：按下此键，单片机就显示单价。用p1.7作显示总价键，按下此键，单片机就显示总价。3.2.2 数据处理模块数据处理模块是整个程序的核心。主要用来处理输入数据。它包括用数码管显示经a/d转换出的重量值，数据ram，乘法运算模块等。系统将物体的单价等信息存于数据ram中，当接收到a/d转换器的数据（电压信号）后，根据相应的系统电压信号转化为相应重量数据信号，并将其进行乘法运算得到相应的总价。即： 金额=重量单价3.2.3显示电路显示电路是建立在系统内部和观测人之间的桥梁。通过显示，使输出结果可视化。 该显示电路由6位led组成，主要是将相应的重量值、以及价格量转换成相应的显示数值。串行口控制的静态led显示，即当89c52的串行口不做通讯使用时，可以使它工作在移位寄存器方式，扩展tls546来驱动led显示器。工作在移位寄存器方式时，串行口的txd端输出移位同步时钟，rxd端输出串行数据。4 系统调试在前面硬件和软件设计基本完成之后，便可以进行硬件和软件的功能仿真，综合测试并分析。将传感器放平、接好电路，以及提供合适的电源电压，对照前面的重量电压转换表，（图3所示），观察不放任何物体时电压是否为40mv，若不为40mv，则需调整电位器，改变电压值，加上不同的砝码，观测相应电压值，同时记下相应的重量和价格值。看是否误差过大，根据出现的问题调整电路和程序。5结束语我们采用89c52单片机设计共同对简易电子秤进行了系统设计, 通过这次毕业设计，分别对电子秤的硬件和软件做了系统分析，使我对电子秤的结构和工作原理有了更深层次的理解。尤其是软件部分，结合基于单片机的c语言程序设计对数据处理、键盘控制以及led数码管显示电路进行了系统编程。这个毕业课题的制作，使我自身的综合分析能力得以提高。但是，由于时间和知识水平有限，在设计过程当中还存在很多的不足，比如我们所设计的电子秤最大称量只有500克，与市场上的电子秤相比，没有其实用价值，若要扩大它的量程，则在传感器上做调整，增加弹性敏感元件的弹性强度即可；而且测量精度为5克，若要提高它的测量精度，则我们可以采用16位的a/d转换器既可。在此，我要十分感谢指导老师（郭世钢）老师对我的精心指导和大力帮助！参考文献1 张友德,赵志英.涂时亮 单片微型机原理、应用与实验1.复旦大学出版社, 19922 殷卫宁. 电子计价秤维修大全1 .电子工业出版社, 1994 4 殳伟群. 基于参数估计的动态称重新方法j . 计量学报,19995 赵茂泰.智能仪器原理及应用.电子工业出版社，2004；6张毅刚.mcs-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社，20037贾伯年，俞朴.传感器技术.东南大学出版社，2000 8单成祥.传感器理论设计基础及其应用.国防工业出版社，19999 李道华，李玲.朱艳 .传感器电路分析与设计 .武汉大学出版社，2000附1：程序#include #define xbyte (char *)0x20000l)#define cs0804 xbyte0x0fc00 /* a/d端口地址 */#define uint unsigned int#define uchar unsigned char void dispfb( ); /* 显示函数 */ int delay( );uchar getkey( ); uchar idata disp7; /* 显示数据 */uchar idata adzhi; /* a/d转换值 */uint idata zliang ; /* 总重量 */uchar idata yuan ; /* 元 */uchar idata jiao; /* 角 */uchar idata fen ; /* 分 */uchar idata yjfflag; /* 元、角、分标志 */ uchar code table =0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09; /* 码表 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 */unsigned char read0804() unsigned char i; cs0804=0; /* 起动 a/d */ for (i=0; i 100us */ return(cs0804); /* 读入结果 */main( ) unsigned char;int djia,zjia,i;flag=0; yuan= jiao= fen=5；yjfflag=0; disp5=disp4=disp3=table0;disp2=disp1=disp0=tabl5;disp2=disp2&0; dispfb( ); while(1)key=getkey( );if( key=0x01) /* 测量 */ adzhi=read0804(); /* 读a/d转换值 */zliang=(uint)adzhi*(4.8-0.04)/500; /* 计算总重量 */zltodisp( ); dispfb( );else if(key=0x02) yjfflag=1; /* 设置元 */ else if(key=0x04) yjfflag=2; /* 设置角 */else if(key=0x08) yjfflag=3; /* 设置分 */else if(key=0x10) /* 单价对应位加1 */ if(yjfflag=1) if(yuan=9)yuan=0;disp2=tablyuan;disp2&0;disp1=tablejiao;disp0=tablefen;dispfb( );else if(yjfflag=2)if(jiao=9)jiao=0;disp2=tableyuan&0;disp1=tabljiao;disp0=tablefen;dispfb( );else if(yjfflag=3);if(fen=9)fen=0;disp2=tableyuan&0;disp1=tabljiao; disp0=tablfen;dispfb( );else if(key=0x20) /* 单价对应位减1 */ if(yjfflag=1) if(yuan0 ) yuan-; else if(yuan=0)yuan=9; disp2=tablyuan&0;disp1=tablejiao;disp0=tablfen;dispfb( );else if(yjfflag=2)if(jiao0)jiao-;else if(jiao=0)jiao=9;disp1=tabljiao;dispfb( );else if(yjfflag