多功能电子秤论文设计.doc

毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题目： 多功能电子秤 多功能电子秤 1 1 1摘摘 要要 该设计以 51 系列单片机 STC89C52 为控制核心，实现电子秤的基本控制功 能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步的设计各个单元功能 模块，系统的硬件部分可以分为最小系统、数据采集、人机交互界面和系统电 源四大部分。最小系统部分主要包括 STC89C52 和扩展的外部数据存储器；数据 采集部分由压力传感器、信号的前级处理和 A/D 转换部分组成；人机交互界面 为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用 128X64 点阵液晶显示器，可以方便的 输入数据和直观的显示中文。系统电源用一根 USB 线作为电源线,直接连接电脑 的 USB 口,简单了电源设计。软件部分应用单片机 C 语言进行编程，实现了该设 计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为 09.999Kg，重量误差不大于0.005Kg）,并发挥部分的显示购物清单的功能， 可以设定十种商品的单价， 还具有超量程的报警功能。整个系统结构简单，使 用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。 关键词：关键词：单片机；称重传感器；采样电路；矩阵键盘；A/D 转换器；液晶显示 多功能电子秤 2 ABSTRACTABSTRACT The design of 51 series microcontroller STC89C52 as the control center for electronic scale of the basic control functions. In designing the system, in order to better modular design, the design of each unit step function modules, the system can be divided into minimum system hardware, data acquisition, man-machine interface and system power four parts. STC89C52 minimum system and expand some of the major, including the external data memory; data acquisition in part by the pressure sensor, signal processing and the first class A / D conversion part; man-machine interface for the keyboard and dot matrix liquid crystal display, the main use of 128X64 dot-matrix liquid crystal display, you can easily input data and visual display of Chinese. System power supply with a USB cable as power lines, directly connected to the computers USB port, simple power supply design. Software part of the application microcontroller C programming language, designed to achieve all the control functions. The electronic weighing scales can realize the basic functions (weighing range is 0 9.999Kg, the weight of error of less than 0.005Kg), and played portions of the shopping list of features, you can set the unit price of ten commodities, but also super-range alarm. The whole system is simple, easy to use, fully functional, high precision, has a development value. KeyKey words:words: microcontroller; load cell; sampling circuit; matrix keyboard; A / D converter; LCD 多功能电子秤 3 目目 录录 1摘摘 要要.1 目目 录录 .3 2前前 言言.4 2.1选题背景.4 2.2电子秤简介.5 2.2.1电子秤的定义.5 2.2.2电子秤的分类.5 2.2.3电子秤的计量性能.6 2.2.4电子秤的特点.6 2.2.5电子秤的发展方向.7 3系统开发软硬件概述系统开发软硬件概述.7 3.1单片机的选型.7 3.2PROTEUS仿真软件简介.9 3.3KEIL编译及调试软件简介.10 4系统构成及工作原理系统构成及工作原理.12 4.1系统总体设计方案比较与论证.12 4.2本系统的设计思路.13 4.2.1本系统的功能.14 4.2.2系统设计方案.14 5硬件电路设计硬件电路设计.16 5.1单片机电路模块框图.16 5.2系统硬件的结构框图.17 5.3稳压直流电源设计.18 5.4传感器及数据采集部分电路设计.18 5.4.1电阻应变式传感器的选择.18 5.4.2数据采集采用 HL-8 型称重传感器.21 5.4.3运放与A/D转换器部分.- 1 - 5.4.4本系统传感器及AD采集部分原理图.- 5 - 5.5人机交互部分 .- 5 - 5.5.1键盘输入.- 5 - 5.5.2输出显示.- 6 - 6系统软件设计系统软件设计 .- 8 - 6.1.1电子秤秤重子程序设计.- 8 - 6.1.2主要中断程序流程图.- 9 - 6.1.3A/D 转换启动及数据读取程序设计.- 9 - 6.1.4数制转换子程序设计.- 10 - 6.1.5显示子程序设计.- 11 - 多功能电子秤 4 7结束语及致谢结束语及致谢 .- 13 - 7.1小结 .- 13 - 7.2致谢 .- 13 - 8参考文献参考文献 .- 14 - 9附录附录 .- 15 - 附录 1:整机原理图.- 15 - 附录 2：实物图.- 16 - 2 2 前前 言言 2.12.1 选题背景选题背景 称重技术自古以来就被人们所重视。公元前，人们为了对货物交换量进行 估计，起初采用木材或陶土制作的容器对交换货物进行计量。以后，又采用简 单的秤来测定质量。据考证，世界上最古老的计量器具出土于中东和埃及，最 古老的衡器和砝码出自于埃及。秤是最普遍、最普及的计量设备，电子秤取代 机械秤是科学技术发展的必然规律。低成本、高智能化的电子秤无疑具有极其 广阔的市场前景。 21世纪，电子产品变得越来越丰富，给人们带来了很多很多的方便，其中 电子秤成了人们生活中不可缺少的一部分。大大小小的市场电子秤能够完成许 多工作，为人们节省了时间，提高了工作效率。 在超市里的一台电子秤，它能很精确的称出商品的重量，还能去除皮重， 更主要的是，它其中预存了超市里商品的单价，当称出商品的重量后，电子秤 马上就能算出价格，不管几种商品都能一一累加，最后列出清单，可以说非常 的智能化，而且非常的精确。 而目前市场上电子秤产品的整体水平不高，部分小型企业产品质量差且技 术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此， 有针对性地开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上克服上述诸多缺点， 改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。 多功能电子秤 5 2.22.2 电子秤简介电子秤简介 2.2.1电子秤的定义 电子秤一般由以下单元电路:称重传感器，放大电路,AD 转换电路，单片机 电路，显示电路，键盘电路，通讯接口电路，稳压电源电路等电路组成。 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果输出到显示器。直至显示这种结 果。 电子秤的合格产品是有检定分度值 e 和细分值 D 的标准，是受国家计量法 保护的产品。 2.2.2电子秤的分类 1. 按原理分：电子秤、机械秤、机电结合秤、电子桌秤 2. 按功能分：计数秤计价秤 计重秤 3. 按用途分：工业秤商业秤 特种秤 4. 按放置位置分类： 桌面秤 指全称量在 30Kg 以下的电子秤 台秤： 指全称量在 30-300Kg 以内的电子秤 多功能电子秤 6 地磅： 指全称量在 300Kg 以上的电子秤 5. 按精确度分类： I 级： 特种天平 精密度1/10 万 基准衡器 II 级： 高精度天平 1/1 万精密度1/10 万 精密衡器 III 级： 中精度天平 1/1000精密度1/1 万 工业.商业衡器 IV 级： 普通秤 1/100精密度1/1000 粗衡器 2.2.3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。 （1）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。 （2）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。 （3）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。 电子衡器的最大称量 Max 可以用总分度数 n 与分度值 d 的乘积来表示，即 Max = n d 2.2.4电子秤的特点 6. 计算自动化; 7. 数字显示直观、减小人为误差; 8. 准确度高、分辨率强; 9. 称量范围广; 10. 特有功能：扣重、预扣重、归零、累计、警示等; 11. 维护简单; 12. 体积小; 13. 安装、校正简单; 14. 特种行业，可接打印机或电脑驱动; 多功能电子秤 7 15. 智能化电子秤，反应快，效率高; 2.2.5电子秤的发展方向 目前电子秤正在向高精度、高可靠、高智能化方向发展，目前电子秤的附 加功能主要有以下几种： 1. 电子秤附加了计算机信息补偿处理装置，可以进行自诊断、自校正和 多种补偿计算和处理； 2. 具有皮重、净重显示等特种功能。电子秤有些已具备了动态称量模式, 即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法, 消除上述的误差； 3. 附加特殊的数据处理功能。目前的电子秤有附加多种计算和数据处理 功能, 以满足多种使用的要求。 目前，随着电子技术的飞速发展，微处理器应用技术的日趋成熟，必将推 进基于微处理器为核心的电子秤系统功能的日趋完善，因此多元化智能电子秤 具有广泛的应用前景和开发价值！ 3 3系统开发软硬件概述系统开发软硬件概述 3.13.1 单片机的选型单片机的选型 选择单片机型号的出发点有以下几个方面： 1、市场货源 系统设计者只能在市场上能够提供的单片机中选择，特别是作为产品大批 量 生产的应用系统，所选的单片机型号必须有稳定、充足的货源。 2、单片机性能 应根据系统的功能要求和各种单片机的性能，选择最容易实现系统技术指 标的型号，而且能达到较高的性能价格比。单片机性能包括片内硬件资源、运 行速度、可靠性、指令系统功能、体积和封装形式等方面。影响性能价格比的 多功能电子秤 8 因素除单片机的性能价格外，还包括硬件和软件设计的容易程度、相应的工作 量大小，以及开发工具的性能价格比。 3、研制周期 在研制任务重、时间紧的情况下，还要考虑所选的单片机型号是否熟悉， 是否能马上着手进行系统的设计。与研制周期有关的另一个重要因素是开发工 具，性能优良的开发工具能加快系统地研制进程。 STC89C52 单片机是 STC89C 系列中的增强型高档机产品，它片内存储器容 量是 AT89S51 的一倍，即片内 8KB 的 Flash 程序存储器和 256B 的 RAM。另外， 它还增加了一个功能极强的、具有独特应用的 16 位定时计数器 2 等多种功能。 在工程应用中 STC89C52 有一显著的优势：不需要烧写器，只借助 PC 机的 并口输出和极为简单的下载电路，便可将程序通过串行方式写入单片机。并且 下载电路可设计在系统中，可以随时修改单片机的软件而不对硬件做任何改动。 由此，通过对目前主流型号的比较，我们最终选择了 STC89C52 通用的普通 单片机来实现系统设计。STC89C52 是一种兼容 MCS51 微控制器，工作电压 4.0V 到 5.5V，全静态时钟 0 Hz 到 33 MHz，三级程序加密，32 个可编程 I/O 口， 2/3 个 16 位定时/计数器，6/8 个中断源，全双工串行通讯口，低功耗支持 Idle 和 Power-down 模式，Power down 模式支持中断唤醒, 看门狗定时器，双 数据指针，上电复位标志。我们在外面扩展了 32K 数据存储器，以满足系统要 求。 对 51 系列单片机来说,最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位 电路。下面给出一个 51 单片机的最小系统电路图（图 1）： 多功能电子秤 9 图 1：单片机最小系统 详细说明如下： 复位电路: 由电容串联电阻构成，由图并结合电容电压不能突变的性质，可以知道， 当系统一上电，RST 脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路 的 RC 值来决定。典型的 51 单片机当 RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就 将复位，所以，适当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐 C 取 10u，R 取 10K。原则就是要让 RC 组合可以在 RST 脚上产生不少于 2 个机周 期的高电平。至于如何具体定量计算，可以参考电路分析相关书籍。 （2） 晶振电路：典型的晶振取 11.0592MHz(因为可以准确地得到 9600 波 特率和 19200 波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的 uS 级时歇,方 便定时操作)，在本电路中，取 12M。 （3） 单片机：一片 AT89S51/52 或其他 51 系列兼容单片机。对于 31 脚 (EA/Vpp)，当接高电平时，单片机在复位后从内部 ROM 的 0000H 开始执行;当接 低电平时,复位后直接从外部 ROM 的 0000H 开始执行。 STC89C52 单片机的共 40 个引脚功总共 40 个脚，电源用 2 个(Vcc 和 GND)， 晶振用 2 个，复位 1 个，EA/Vpp 用 1 个，剩下还有 34 个。29 脚 PSEN，30 脚 ALE 为外扩数据/程序存储器时才有特定用处，一般情况下不用考虑，这样，就 只剩下 32 个引脚，它们是： P0 端口 P0.0 - P0.7 共 8 个； P1 端口 P1.0 - P1.7 共 8 个； P2 端口 P2.0 - P2.7 共 8 个； P3 端口 P3.0 - P3.7 共 8 个； 多功能电子秤 10 3.2 Proteus 仿真软件简介仿真软件简介 Proteus ISIS 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件9。 它运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电 路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。具有模 拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟 仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。 目前支持的单片机类型有：68000 系列、8051 系列、AVR 系列、PIC12 系列、 PIC16 系列、PIC18 系列、Z80 系列、HC11 系列以及各种外围芯片。提供软件 调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可 以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具 有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil C51 uVision2 等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大。 Proteus 主要用于绘制原理图并可进行电路仿真，Proteus ARES 主要用于 PCB 设计。ISIS 的主界面主要包括：1 是电路图概览区、2 是元器件列表区、 3 是绘图区。绘制电路图的过程如下： 单击 2 区的 P 命令即弹出元器件选择（Pick Devices）对话框，Proteus 提供了丰富的元器件资源，包括 30 余种元器件库，有些元器件库还具有子库。 利用该对话框提供的关键词（Keywords）搜索功能，输入所要添加的元器件名 称，即可在结果（Results）中查找，找到后双击鼠标左键即可将该元器件添到 2 区，待所有需要的元器件添加完成后点击对话框右下角的 OK 按钮，返回主 界面。接着在 2 区中选中某一个元器件名称，直接在 3 区中单击鼠标左键即可 将该元器件添加到 3 区。 由于是英国的软件，特别要注意的是绘图区中鼠标的操作和一般软件的操 作习惯不同，这正像是司机座位和人行道走向和国内不同一样。单击左键是完 成在 2 区中被选中的元器件的粘贴功能；将鼠标置于某元器件上并单击右键则 是选中该元器件（呈现红色） ，若再次单击右键的话则删除该元器件，而单击左 键的话则会弹出该元器件的编辑对话框（Edit Component） ；若不需再选中任何 多功能电子秤 11 元器件，则将鼠标置于 3 区的空白处单击右键即可；另外如果想移动某元器件， 则选中该元器件后再按住鼠标左键即可将之移动。 元器件之间的连线方法为：将鼠标移至元器件的某引脚，即会出现一个 “”符号，按住鼠标左键后移动鼠标，将线引至另一引脚处将再次出现符号 “” ，此时单击鼠标左键便可完成连线。连线时在需拐弯的地方单击鼠标左键 即可实现方向的改变。绘制好电路后，可利用 1 区的绿色边框对 3 区的电路进 行定位。 3.3 Keil 编译及调试软件简介编译及调试软件简介 目前流行的 51 系列单片机开发软件是德国 Keil 公司推出的 Keil C51 软件， 它是一个基于 32 位 Windows 环境的应用程序，支持 C 语言和汇编语言编程，其 6.0 以上的版本将编译和仿真软件统一为 Vision（通常称为 V2） 。Keil 提 供包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在 内的完整开发方案，由以下几部分组成：Vision IDE 集成开发环境（包括工 程管理器、源程序编辑器、程序调试器） 、C51 编译器、A51 汇编器、LIB51 库 管理器、BL51 连接/定位器、OH51 目标文件生成器以及 Monitor-51、RTX51 实 时操作系统。 应用 Keil 进行软件仿真开发的主要步骤为：编写源程序并保存建立工 程并添加源文件设置工程编译/汇编、连接，产生目标文件程序调 试。Keil 使用“工程” （Project）的概念，对工程（而不能对单一的源程序） 进行编译/汇编、连接等操作。工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标 文件的方法非常易于掌握。首先选择菜单 FileNew，在源程序编辑器中输 入汇编语言或 C 语言源程序（或选择 FileOpen，直接打开已用其他编辑器 编辑好的源程序文档）并保存，注意保存时必须在文件名后加上扩展名. asm（.a51）或.c；然后选择菜单 ProjectNew Project，建立新工程并保 存（保存时无需加扩展名，也可加上扩展名.uv2） ；工程保存后会立即弹出一个 设备选择对话框，选择 CPU 后点确定返回主界面。这时工程管理窗口的文件页 （Files）会出现“Target1” ，将其前面+号展开，接着选择 Source Group1， 右击鼠标弹出快捷菜单，选择“Add File to Group Source Group1 ” ，出现 多功能电子秤 12 一个对话框，要求寻找并加入源文件（在加入一个源文件后，该对话框不会消 失，而是等待继续加入其他文件） 。加入文件后点 close 返回主界面，展开 “Source Group1”前面+号，就会看到所加入的文件，双击文件名，即可打开 该源程序文件。紧接着对工程进行设置，选择工程管理窗口的 Target1，再选 择 ProjectOption for Target Target1 （或点右键弹出快捷菜单再选择 该选项） ，打开工程属性设置对话框，共有 8 个选项卡，主要设置工作包括在 Target 选项卡中设置晶振频率、在 Debug 选项卡中设置实验仿真板等，如要写 片，还必须在 Output 选项卡中选中“Creat Hex Fi” ；其他选项卡内容一般可 取默认值。工程设置后按 F7 键（或点击编译工具栏上相应图标）进行编译/汇 编、连接以及产生目标文件。 成功编译/汇编、连接后，选择菜单 DebugStart/Stop Debug Session（或按 Ctrl+F5 键）进入程序调试状态，Keil 提供对程序的模拟调试 功能，内建一个功能强大的仿真 CPU 以模拟执行程序。Keil 能以单步执行（按 F11 或选择 DebugStep） 、过程单步执行（按 F10 或选择 DebugStep Over） 、 全速执行等多种运行方式进行程序调试。如果发现程序有错，可采用在线汇编 功能对程序进行在线修改（DebugInline Assambly） ，不必执行先退出调试 环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态 的步骤。对于一些必须满足一定条件（如按键被按下等）才能被执行的、难以 用单步执行方式进行调试的程序行，可采用断点设置的方法处理（Debug Insert/Remove Breakpoint 或 DebugBreakpoints等） 。在模拟调试程序后， 还须通过编程器将.hex 目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行 状况。 Keil 软件 Eval 版（免费产品）的功能与商业版相同，只是程序的最大代 码量不得超过 2kB，但对初学者而言已是足够。Keil 软件由于其强大的软件仿 真功能，友好的用户界面以及易于掌握的特点而受到工程技术人员的欢迎，有 人甚至认为 Keil 是目前最好的 51 单片机开发应用软件。 多功能电子秤 13 4 4系统构成及工作原理系统构成及工作原理 4.14.1 系统总体设计方案比较与论证系统总体设计方案比较与论证 在设计系统时，针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种： 方案一 在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外 界对单片机内部的数据设定，使电子秤实现称重计价的功能。 结构简图如下图 2 所示： 图 2 ： 带有键盘输入的结构简图 此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能， 在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时，如 果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案 需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够 多的 I/O 接口供数码管使用，比较麻烦。 方案二 前端信号处理时，选用放大、A/D 转换等措施，尤其在显示方面采 用 LCD 显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求。可 以显示所称量的物体信息相关内容。 结构简图如下图 3 所示： 图 3： LCD 显示的方案 数据采集单片机 （AT89C52） 数码管显示 声光报警 多功能电子秤 14 目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放大整形后送入 单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系显示出被测物体 的重量。由于系统需要的按键较多，因此要采用 4*4 矩阵键盘。单片机控制适 合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能 强,技术成熟等优点。但其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。使用这种方案 会给系统设计带来一定的难度。 称重传 感器 电子称专 用高精度 高增益 24 位 A/D 转 换芯片 HX711 MCU AT89S52 LCD128*64 显示器 4*4 矩阵键盘电路 蜂鸣器报警 图 4：单片机实现方案原理框图 鉴于本电子秤设计的功能要求，所以在具体设计时采用了第二种设计方案。 4.2 本系统的设计思路本系统的设计思路 本课题的主要设计思路是：利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信 号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把 数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及 总额，然后再显示出来。此外，还可通过键盘设定所称物品的价格。主要技术 指标为：称量范围05kg;分度值0.01kg;精度等级级，电源DC5V供电。 这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便,集质量称量功能与价 格计算，等功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。 4.2.1本系统的功能 准确秤重，并通过液晶实时显示。 多功能电子秤 15 最大量程，g，超过量程，自动声光报警。 单价可通过按键自由调节 实时自动计算总价 精确度：.g 实时监测环境温度 实时显示当前日期，时间 4.2.2系统设计方案 按照本设计功能的要求，系统由6个部分组成：控制器部分、测量部分、报 警部分、数据显示部分、键盘部分、和电路电源部分，系统设计总体方案框图 如下图图5所示。 压力传感器 A/D 转换器放大电路 STC89SC52 单片机键盘 LCD 显示 超重报警 图5：设计思路框图 测量部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为 电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送A/D 转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自A/D转换器输出的数 字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存 储到存储单元中。并通过单价计算总重量，总价格等。控制器还可以通过对扩 展I/O的控制，对键盘进行扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制。 多功能电子秤 16 数据显示部分根据需要实现显示功能。 5 5硬件电路设计硬件电路设计 5.1 单片机电路模块框图单片机电路模块框图 本电路采用基于 MCS-51 单片机，用 128*64 液晶点阵进行显示的硬件设计方法，电路硬件模块图如下： 图 6：硬件框图 STC89C52STC89C52 128*64 液晶显 示模块 单片机复位 振荡电路 超限报警 蜂鸣器 秤重传感器 多功能电子秤 17 5.2 系统硬件的结构框图系统硬件的结构框图 如下所示： 称重传感器 HL-8 型 STC89C52 单片机 单片机 控制模块 数据采集 部分 点阵式 128*64 型的 LCD 1.1O O 4*4 矩阵键盘 人机交互界面 电子称专用高精度高增益 24 位 A/D 转 换芯片 HX711 图 7： 系统硬件结构框图 多功能电子秤 18 5.3 稳压直流电源设计稳压直流电源设计 图 8 ：直流稳压电源 本系统设计为 5V 直流稳压电源给系统供电，AC220 市电经 220V9V 变压器 变压，然后经桥式整流电路，再经电容滤波电路，经 7805 稳压管稳压，再进行 二次滤波，输出较稳定的 5V 电压，给本系统供电。 流程图如下图 9 所示： 图 9 ：直流稳压电源流程图 本系统在实际制作过程中，基于成本考虑，本设计未做电源这一部分，而 是用 USB 连接线，代替了电源的制作。因电脑现已非常普及，从电脑的 USB 口 取 5V 电源，亦非常方便。 AC220V 交流电降压 整流 滤波稳压滤波 多功能电子秤 19 )( 43 4 21 1 RR R RR R E )( 4321 4231 RRRR RRRR E 5.45.4 传感器及数据采集部分电路设计传感器及数据采集部分电路设计 5.4.15.4.1 电阻应变式传感器的选择电阻应变式传感器的选择 本课题选用电阻应变式传感器。 电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号 的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是 基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏 感元件结合弹性元件构成力学量传感器。 导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变 片把机械应变信号转换为R/R 后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小， 难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的R/R 变 化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。 直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗 干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器 放大。 下图为一直流供电的平衡电阻电桥，接直流电源 E： in E 图 10： 传感器结构原理图 当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称 为电压桥，即只有电压输出。 当忽略电源的内阻时，由分压原理有： ADABBDo uuuu = （2.2） 多功能电子秤 20 3 4 2 1 R R R R )()()()( )()( 22 RRRRRRRR ERRRR uo E R R 当满足条件 R1R3=R2R4 时，即 （2.3） =0，即电桥平衡。式（2.3）称平衡条件。 o u 应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变 片感受的应变所引起的电阻变化有关。 若差动工作，即 R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.2） ，则电 桥输出为 (2.4) Ek 应变片式传感器有如下特点： 1. 应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。 2. 分辨力和灵敏度高，精度较高。 3. 结构轻小，对试件影响小， 对复杂环境适应性强，可在高温、高压、 强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。 4. 商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。 通过以上对传感器的比较分析，最终选择了第二种方案。题目要求称重 范围 05Kg，重量误差不大于0.005Kg，于是我选择的是 HL-8 型称重传 感器，量程 5Kg，精度为 0.01%，满量程时误差0.005Kg，完全满足本系 统的精度要求。 多功能电子秤 21 HL-8 型称重传感器主要技术参数如下表 1 所示： 表 1 ：HL-8 型称重传感器主要技术参数表 5.4.2数据采集采用 HL-8 型称重传感器 HL-8 型称重传感器的安装方法 图 11： HL-8 型称重传感器的安装图 2、HL-8 型称重传感器的内部原理以及与 HX711 实验板的连线 多功能电子秤 22 图 12： HL-8 称重传感器内部原理图 5.4.35.4.3 运放与运放与 A/DA/D 转换器部分转换器部分 HX711 是一款专为高精度称重传感器而设计的 24 位 A/D 转换器芯片。 HX711 管脚说明： 图 13： HX711 管脚图 HX711 管脚描述： 表 2： HX711 管脚描述表 1.1.模