电子称系统毕业设计.docVIP

摘 要 随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度的不断提高， 称重 传感器已成为过程控制中的一种必需的装置。电子计价秤逐渐取代传统的杆称和机械案秤 ，称重 传感器制作的电子称广泛 得到 应用 。本文介绍了采用 单片机 AT89S52 为控制核心 ，采用应变传感器为检测元件的电子秤的设计方法，以及采用MSP430F427 称重 芯片 的电子秤硬件和软件的设计方法 。 关 键词 称重 传感器 ； 通信技术 ； 传感技术 ； 应变传感器 Abstract Along with the technical advance and the nationals economy is to increases continuously.At present, the business uses electronics steelyard is very universal, will replace the traditional pole steelyard gradually with the machine case steelyard.Pressure Transducer manufacture electronics steelyard is applied to all professions, especially along with the emergence of the microprocessor, the industry production line automationdegree increases continuously, pressure transducer that a kind of essential device has become the process control. At present, computer application technique、correspondence technique and sensing technology could be the electronics information technical three big and main a pillar, they is the sense organs, nerve of the intelligencesystem respectively with the brain. Among them, computerand correspondence technique has developed very quickly,but sensing technology development lagging, therefore, our countrywith international community sees pressure transduceras theone of the technical key in information in modern electronics techniques. Pressure transducer for the machine electronics engineering, control, test, calculate ect. realm is all akey parts that essential to have obtain the information. If did not transducer examination every kind of information, prop up modern civilized science technique so and then cant develop. There is the calculator of mimicry persons brain however with be used as electricity facial features of spread the coordination development that feels the machine then can promote science to leap technically. Key Words: Pressure Transducer ； Correspondence technique； Sensing Technology ； Strain sensing 第一章 绪论 1.1电子秤 量 系统的概述 电子 称量系统 一般是装有电子装置的 系统 。因其种类繁多，且涉及到贸易结算和保护广大消费者的利益，所以为世界各国政府普遍关注和重视，并被确定为国家强制管理的法制计量器具。 它 是自动化称重 控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用 ， 具有反应速度快，测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传、便于计算机控制等特点。被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口、建筑、机械制造和国防等各个领域。 50年代中期电子技术的渗入推动了 称量 制造业的发展。 60年代初期出现机电结合式电子 称量系统 以来，经过 40多年的不断改进与完善，我国电子 称量系统 从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。我国 电子 称量系统的技术装备和检测试验手段基本达到国际 90 年代中期的水平。电子衡器制造技术及应用得到了新发展。电子称 量 技术从静态称重向动态称重发展：计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。但就总体而言，我国电子 称量 产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。 1.2 电子秤 量 系统 发展状况 及应用前景 通过分析近年来电子 称量 产品的 发展情况及国内外市场的需求，电子 称量 系统 总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率 高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控 制信息并重的 “ 智能化 ” 功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。 1小型化 体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。近几年新研制的电子平台秤结构充分体现了小薄轻的发展方向。 2.模块化 对于大型或超大型的承载器结构，如大型静动态电子汽车衡等，已开始采用几种长度的标准结构的模块，经过分体组合，而产生新的品种和规格。 3.集成化 对于某些品种和结构的电子衡器，例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。 4.智能化 电子 称量系统 的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称重显示控制器的功能。使电子衡器在原有功能的基础上，增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能，这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的电子衡器与采用智能化称重显示控制器的电子 称量系统 的根本区别。 5.综合性 电子称 量 技术 的发展规律就是不断的加强基础研究并扩大应用，扩展新技术领域，向相邻学科和行业渗透，综合各种技术去解决称重计量、自动控制、信息处理等问题。 6.组合性 在工业称重计量过程或工艺流程中，不少称重计量系统还要求具有可组合性，即测量范围等可以任意设定；硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整，硬件功能向软件方向发展；软件能按一定的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令可以使用不同的语言和条形码，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。 第 2章 称量系统的基础知识简介 2.1 单片机在称量系 统中的应用 随着科技的发展，目前新兴起弹片电子称重系统，它是由单片机、称重传感器和专用大规模集成电路构成的，这种称重系统不仅精度高，而且测量功能强，能显示皮重、净重、单价、总价等多种参数，可实现故障诊断、自校正和自动补偿，具有高精度、高分辨力、多功能、低价格等优点，可广泛用语工业、交通、商贸、生物医学、国防等领域。 2.1.1 单片机 产生 二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 PC机。它由主机、键盘、显示器等组成（如图 1所示）。还 有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的 “ 肚子 ” 里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词 “ 智能型 ” ，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员 或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 2.1.2 单片机 发展 自单片机出现至今，单片机技术已走过了近 20年的发展路程。纵观 20年来单片机发展里程可以看出，单片机技术的发展以微处理器（ MPU）技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。 1. 单片机长寿命 这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作10年 至 20年，另一 方面是指与微处理器相比的长寿命。随着半导体技术的飞速发展， MPU更新换代的速度越来越快，以 386、 486、 586为代表的 MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如 68HC05、 8051等年龄已有 15岁，产量仍是上升的。 2. 8位、 16位、 32位单片机共同发展 这是单片机技术发展的另一个动向。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通信、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足的发展。 3. 单片机的速度越来越快 MPU发展中表现出来的速 度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。 4. 低电压与低功耗 自 80年代中期以来， NMOS工艺单片机逐渐被 CMOS工艺所代替，功耗得以大幅度下降，随着超大规模集成电路技术由 3um工艺发展 1.5、 1.2、 0.8、 0.5、0.35进而实现了 0.2um 工艺，全静态设计使时钟频率从直流电到数十 MHz任选，都使功耗不断下降。 5. 低噪声与高可靠性技术 为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能 适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。 6. OTP与掩膜 OTP是一次性写入的单片机。过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。由于掩膜需要一定的生产周期，而 OTP型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用 OTP完成最终产品制造更为流行。它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。 2.1.3 单片机 应用 单片机的应用领域 ： 1.单片机在智能仪器仪表中的应用； 2.单片机在工业测控中的应用； 3.单片机在计算机网络和通讯技术中的应用； 4.单片机在日常生活及家电中的应用； 5.单片机在办公自动化方面。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。 2.2 应变式称重传感器技术的现状和发展趋势 1、应变式称重传感器的发展与技术创新 1938年美国加利福尼亚理工学院教授 E.Simmons（西蒙斯）和麻省理工学院教授 A.Ruge（鲁奇）分别同时研制出纸基丝绕式电阻应变计 。 70年代初中期，美、日等国的衡器制造公司开始研发商业用电子计价秤，急需小量程负荷传感器。 随着数字技术和信息技术的发展，各行业对数字化电子衡器的需求愈来愈多，提出用数字称重系统突破模拟称重系统局限性的要求，对此模拟式称重传感器就无能为力了。因为在此之前，称重传感器的研究都集中在硬件方面 。 90年代，由于称重传感器的设计与计算等基本技术趋于成熟，称重传感器的发展侧重于工艺研究和应用研究，在产品标准化、系列化、工程化设计和规模化生产工艺等方面都有很大进步，主要是： 在结构与工艺设计中引入计算机拟实技术和虚拟技术； 在弹性体加工中纳入柔性制造技术； 在生产工艺中采用计算机网络技术； 在稳定处理中移植了振动时效、共振时效新工艺； 在测试检定中创造了自动快速检测和动态比对方法。 2.3 我 国 与国 外称重传感器技术现状及主要差距 1.国外称重传感器技术现状及快速发展原因 从近几年国际衡器工业展览会上展出的产品和对多家处于市场引导者地位的企业产品的分析可以得出这些企业的共同追求是：弹性体材质更精良；电阻应变计、补偿元器件的技术要求和环境应力筛选更严格；制造工艺更精细；电路补偿工艺更完善；外观质量更完美。 称重传感器的准确度、稳定性和可靠性是重要的质量指标，同时也是用户最关心的问题。对此，这些企业在结构设计、制造工艺、电路补偿与调整和稳定性处理等方面进行许多研究与试验工作，取得较大进展，主要成果有： （ 1）在结构设计与计算过程中，引入计 算机拟实技术进行动态仿真，动力学分析；在工艺设计过程中引入计算机虚拟技术，对弹性体生产工艺进行模拟和检验； （ 2）在弹性体加工中，纳入先进制造技术，变刚性制造为柔性制造。普遍采用加工中心、柔性制造单元和柔性制造系统； （ 3）在生产全过程中，尽量减少手工操作、人为控制，增加半自动与自动控制、自动检验工序，并在生产工艺中采用计算机网络技术； （ 4）改进、创新工艺装备，实现高效智能电路补偿，建立全自动快速检测系统，提高 C3级产品成功率和大批量生产产品的抽检合格率； （ 5）移 植先进的稳定处理技术与装备，实施振动时效或共振时效新工艺，提高称重传感器的长期稳定性和工作可靠性； （ 6）应用高新技术开发新产品和自主知识产权产品，增强核心竞争力。处于国际市场引导地位的企业都有自己的核心竞争技术、工艺和产品 。 2.国外称重传感器技术发展特点及快速发展的原因： （ 1）重视基础技术、基础工艺和共性关键技术的研究，作到基础研究与预先研究并行 。 （ 2）重视基础设施建设和制造技术、制造工艺的研究与应用。 （ 3）描准世界称重传感器技术的发展潮流和战略前沿，确定研究课题和产品开发方向。 （ 4）重视称重传感器的可靠性设计、控制与管理，严格设计符合性控制和工艺可靠性控制，努力使工艺兑现率达到百分之百。 （ 5）重视市场竞 争，加强市场调查与分析，快速响应市场。 21世纪的市场竞争，是以市场响应速度为焦点，以改进和创新产品为基础。 （ 6）重视相关法规和规程的学习，全面理解并认真执行，保证生产的每一个产品都符合要求。 正因为如此，国外的称重传感器品种繁多，规格齐全，合金钢、铝合金、不锈钢、铍青铜制品应有尽有；水下、钻井下测量，耐压防爆、抗辐射、耐腐蚀产品；微小和超大量程；多称量与动态称量；集成化与模块化结构用户选购。 目前 的研发热点是： 数字式智能称重传感器的数字补偿技术与补偿工艺，及其应用技术； 快速、低速动态、动态称重传感器的研制及阻尼技术； 高温称重传感器制造工艺，高温稳定性及应用技术； 耐压、防爆型称重传感器及耐压外壳设计与试验技术； 组件化设计的 “ 即插即用 ” 的新式称重模块； 利用钡和铌代替镍制作灵敏度温度补偿电阻的研究。 2.4近年来称重传感器技术发展动向 国际称重传感器技术的发展动向是，把称重传感器的准确度、稳定性和可靠性作为极其重要的质量指标，把制造技术和制造工艺作为核心竞争力，紧紧抓住称重传感器 的特性问题、生产问题和应用问题进行基础研究、工艺研究和应用研究，其研究方向和特点是： （ 1） 在产品结构设计与制造工艺中，吸取了工程化产品设计中的计算机拟实技术和虚拟技术，加快开发速度，减少开发风险 （ 2） 在弹性体加工中，从单元加工技术发展到集成化加工技术；从刚性制造发展到柔性制造；从简单化经验判断发展到智能化定量分析。普遍采用柔性制造单元和柔性制造系统； （ 3） 生产工艺已不是传统关念中的 “ 作坊手艺 ” ，而是技术与管理相结合的一项系统工程。 与稳定性和可靠性有关的稳定处理工艺在高温处理，低温深冷，脉动疲劳，超载静压等方法的基础 上，又研究出振动时效、共振时效新工艺，共振 10分钟，可消除绝大部分残余应力。 2.5 应变式传感器的工作原理 2.5.1 电阻应变片的性能特点及产品分类 电阻应变片亦称电阻应变式传感器，他能把非电量（如压力、拉力、位移、加速度、扭矩等参数）转换成电阻变化量，是目前用途极广的一种传感器。 电阻应变片的性能特点： 1.测量精度高，测量范围广。在构成称重传感器时，最高精度可达0.01%FS0.05%FS（ FS表示满量程），应变测量范围一般为 1个微应变至几千个微应变。 2.使用寿命长、性能稳定的靠。传统的机械杠杆 称由于杠杆、刀口等部分相互摩擦会产生磨损和变形，要想长期保持高精度指标是相当困难的。但是采用电阻应变式称重传感器制成的电子称，只要传感器设计合理，工艺可靠，就能长期稳定地工作。 3.响应时间短，频率特性好，结构简单，尺寸小，重量轻，便于维修。 4.可在高温、低温、震动、强磁场、化学腐蚀等恶劣环境条件下正常工作。 5.易于实现称重系统的小型化。电阻应变式传感器很容易配 A/D转换器或专用电子称重集成电路组成测试系统，利于微处理器进行自动调零和数据处理后，直接显示出净重、皮重、单价、金额、称重次数、累计重量等测量 结果。 6.产品种类繁多，目前国内外生产的各种规模的电阻应变式传感器多达几万种，价格也比较便宜。 电阻应变式传感器也有不足之处。首先，它在测量大应变时呈非线性，半导体应变片的非线性更为突出；其次，传感器输出的信号比较微弱，抗干扰能力较差，在工业现场测量时需要采取屏蔽措施；第三，它不能在温度过高（ 1000以上）的场合下工作。 电阻应变片的产品分类 按工作温度分类，可分为低温电阻应变片（ -30以下），常温电阻应变片（ -30 +60 ） ,中温应变片（ 60 +300 ） ,高度电阻应变片（ 300以上）。 按电 阻应变片所用材料来划分，主要有金属丝式应变片、箔式应变片和半导体式应变片。 1） 金属丝式应变片 2） 金属丝式应变片是由栅状的电阻丝构成的，根据基底的不同，可分为纸基， 胶基、纸浸胶基和金属基等等。电阻丝的直径在 0.02 0.05mm之间，允许通过几时毫安以下的电流。电阻值范围一般为 50 1000，常用的为 120。 3） 半导体应变片 半导体应变片亦称为压阻式传感器，塌实利用硅的电压效应和集成工艺而 制成的。当力作用在单晶硅时，硅晶体的就发生变化，被称为压阻效应令半导体应变片的压阻系数为 3.14，所受力为 ，所受 力的变化率 。半导 体应变片具有灵敏度高、动态响应快、稳定性好、工作温度范围宽。易于小型化和批量生产等优点，因此获得日益广泛的应用。半导体应变片还被做成“硅杯”式压力传感器，用来测量压力，压差或绝对压力。 2.5.2电阻应变片的工作原理 将电阻式应变片牢固的粘贴在被测试件表面上，当受到外力时发生形变，应变片的阻值也随之改变。在一定范围内，电阻值变化率与长度的变化率成正比。对于单根电阻丝，电阻 R可表示为 R= (L/S)式中 ,为电阻丝的电阻率 ,L为电阻丝的长度 ,S为电阻丝的横截面积 ,设电阻丝的半径为 r,则 S= r 对上式进行微分。 2.5.3 应变式承重传感器的性能参数表 表 3.1 常用电阻应变式传感器性能参数表 型号 供桥 量程 MPa 非线 灵敏 输出阻 绝缘 过载能力 电压VDC 性 %FS 度mV/V 抗 电阻M 压力传感器 ACY5-7 12， 15 05 010 020 030 040 0.1 1 35030 2000 额定压力的1.1倍 ACY5-7F 9 0.2 400 2000 YCB-30FD 15 0.2 3000 YCB-20A 1015 0.2 2000 YCB20AF 9 0.2 称 重 传 感 器 CZL-3 615 Kg 010 020 050 0100 0500 0.03 2 350 2000 额定量程的1.21.5 倍 CZL-YB-10 10 0.02 2 350 GGC-14 6 1.5 120 1000 GGC16 12 0.05 2 250 2000 GS10 10 0.05 2 350 T61 10 0.05 350 ABA/SBA 10 0.02 350 2000 SBB 10 0.02 400 T81 10 350 1000 T90 10 350 5000 T95LA 10 350 1000 GYL-6 12 0.03 1.5 350 500 CZL-8 12 0.02 2 350 5000 CUB2 10 0.05 2 350 CLHM-2 15 0.03 650 测 力 传 GYL-2 12 N 050 0100 0200 0500 01000 0.1 2 700 500 额定值的1.2 倍 CL-YB-2 12 0.05 2 700 YLC-2 12 0.02 2 700 500 UH6 10 0.02 2 351 5000 CDLG-1 15 0.05 2 650 GYL-5 12 0.05 0.2 350 500 2GYL-11 12 0.05 1 350 500 感 器 YLC-7 12 0.02 2 350 500 CL-YB-8 12 0.02 2 350 500 XF 10 0.03 2 350 2000 CL-YB-1 12 0.05 2 350 500 CL-YB-41 24 0.02 2 3000 第 3章 基于 单片机 AT89S52 为核心 构成的称量系统 3.1 单片机在称量系统的应用 本系统采用单片机 AT89S52 为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统板，数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器，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。人机界面部分为键盘输入 ， 128 * 64 点阵式液晶显示，可以直观的显示中文，使用方便。 3.2单片机构成的称量系统 硬件设计 1、硬件结构框图如下： 2、各部分硬件电路实现 (1)、基于 AT89S52 的主控电路图 压力传感器 前端信号处理 Cal. 常量是有效 MCU89C52 键盘控制器 LCD 显示器 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 1 5- M a r - 2 0 07 S he e t o f F i l e : D : P r og r a m F i l e s D e s i gn E x p l o r e r 9 9 S E E xa m p l e s M yD e s i gn .d d bD r a w n B y:C?C A PC?C A PC?C A PC?C A PC?C A PC?C A PC?C A PC?C A P A C I T O RDGND123J?P O W E RDGNDV C C123J?C O N 31 2 3 4 5 6 7 8J P ?8 H E A D E RV C CV C CC?0 .0 1 uFC?0 .0 1 uFC?C R Y S T A LV C CR?4 K 7R?4 K 7C?C A P A C I T O RC?S W - P BD03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U?7 4A L S 3 73-51 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 40U?H E A D E R 2 0 X 21 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 3233 3435 3637 3839 40U?H E A D E R 2 0 X 2A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1 021A 1 123A 1 22A 1 326CE20P G M / W E27OE22V P P / R S T1D 0 / O 011D 1 / O 112D 2 / O 213O315O416O517O618O719U?2 7C 0 1 1E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 03 1 A H+5+51 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20U?H E A D E R 1 0 X 2A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U?7 4L S 1 38+5p 1. 0p 1. 1p 1. 2p 1. 3p 1. 4p 1. 5p 1. 6p 1. 7I N T 1I N T 2T1T0A8A9A 1 0A 1 1A 1 2A 1 3A 1 4A 1 5R X DT X DA L EP S E ND0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A 1 0A 1 1A 1 2A 1 3A 4 22A 1 4A 1 5A 1 6A 1 7D0D1D2D3D4D5D6D7A 1 2A 1 3A 1 4A 1 4A 1 5CSCSCSP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P S E NI N T 1I N T 2K X T DT X T DT0T1WRRDD0D1D2D3D4D5D6D7A L EP S E NA 1 5A 1 4A 1 3A 1 2A 1 1A 1 0A9A8P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P S E NK X T DT X T DI N T 1I N T 2T0T1D0D1D2D3D4D5D6D7A L EP S E NA 1 5A 1 4A 1 3A 1 2A 1 1A 1 0A9A8主控电路以 89C52 为核心扩展 32K RAM；单片机使用 6M晶振， P0口外接上拉电阻，增大了带负载能力； A12 A15接 74LS138译码器，输出作外部片选信号。 扩展了几个接口用于其它部分于单片机的通信 （ 2）前端信号处理 INA126构成的放大器及滤波电路： 通过调节阻值来改变放大倍数。微弱信号 Vi1 和 Vi2被分别放大后从 INA126的第 6脚输出。 A/D转换器 ICL7135的输入电压变化范围是 -2V +2V，传感器的输出电压信号在 0 20mv 左右，因此放大器的放大倍数在 200 300左右， 可以将它 接成的滑动变阻器。 由于 ICL7135对高频干扰不敏感，所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。因为压力信号变化十分缓慢，所以滤波电路可以把频率做得很低。 （ 3） A/D 转换器 基于 ICL7135的 A/D 转换器实现电路： 基 准源选用芯片 MC1403 2.5V 分压得到： 由于 ICL7135内部 没有振荡器，所以需要外接。但 A/D转换器精度与时钟频率的漂移无关。正向积分时间 T1和反向积分时间 T2按相同比例增加并不影响测量的结果。 ICL7135的时钟频率典型值为 200kHz 最高允许为 1200kHz，时钟频率越高，转换速度越快。每输出一位 BCD码的时间为 200个时钟周期，选通脉冲位于数据脉冲的中部，如果时钟频率太高，则数据的接受程序还没有接受完毕，数据就已经消失了。考虑到此系统频率要求不是太高，且单片机的工作频率也不是很高，因此我们取时钟频率的典型值： 200kHz。由于频率比较低，对时钟漂移要求不高，我 们采用阻容方式实现了基本的振荡电路。如下： 振荡频率约为 160kHz。 此外 ICL7135外部还需要外接积分电阻、积分电容，但 A/D转换器精度与外接的积分电阻、 积分电容的精度无关，故可以降低对元件质量的要求。不过积分电容和积分电容的介质损耗会影响到 A/D转换器的精度，所以应采用介质损耗较小的聚丙乙烯电容 ICL7135还需要外接基准电源，这是因为芯片内部的基准源一般容易受到温度的影响，而基准电源的变化会直接影响转换精度。所以当精度要求较高时，应采用外接基准源。一般接其典型值 1V。 3.3工作原理说明 3.3.1控制器部分 本系统基于 51 系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。不宜采用大规模可编程逻辑器件： CPLD、 FPGA来实现。（因为 大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现，即所解决的问题都是规则的有限状态转换问题。本系统状态较多，难度较大。）另外系统没有其它高标准的要求，我们最终选择了 AT89S52 通用的比较普通单片机来实现系统设计。内部带有 8KB的程序存储器，在外面扩展了 32K数据存储器，以满足系统要求。 3.3.2 数据采集部分 1. 传感器 设计 要求称重范围 9.999Kg ，重量误差不大于 1Kg ，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重 。我们选择的是 L-PSIII 型传感器，量程 20Kg ，精度为 ，满量程时误差 0.002Kg 。可以满足本系统的精度要求。其原理如下图所示： 称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出： 2.前级放大器部分 压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。 我们考虑可以采用以下几种方案可以采用： 方案 一 、利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。 普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于 A/D 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此中方案不宜采用。 方案二、由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。 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 ( 如 OP07) 做成一个差动放大器。 电阻 R1 、 R2 电容 C1 、 C2 、 C3 、 C4 用于滤除前级的噪 声， C1 、 C2 为普通小电容，可以滤除高频干扰， C3 、 C4 为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。 优点：输入级加入射随放大器，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。 缺点：此电路要求 R3 、 R4 相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。 方案 三 ：采用专用仪表放大器，如： INA126， INA121等。 此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。 以 INA126为例 ,接口如下图所示： 放大器 增益，通过改变的大小来改变放大器的增益。 基于以上分析，我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器 INA126 （ 3 ）、 A/D 转换器 由上面对传感器量程和精度的分析可知： A/D 转换器误差应在以下 12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=2.44g 14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=0.61g 考虑到其他部分所带来的干扰 ,12 位 A/D 无法满足系统精度要求。 所以我们需要选择 14位或者精度更高的 A/D。 方案一、逐次逼近型 A/D转换器，如： ADS7805、 ADS7804等。 逐次逼近型 A/D转换，一般具有采样 /保持功能。采样频率高， 功耗比较低，是理想的高速、高精度、省电型 A/D 转换器件。 高精度逐次逼近型 A/D转换器一般都带有内部基准源和内部时钟，基于 89C52构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。 但考虑到所转换的信号为一慢变信号，逐次逼近型 A/D转换器的快速的优点不能很好的发挥，且根据系统的要求， 14位 AD 足以满足精度要求，太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。 方案二、双积分型 A/D转换器：如： ICL7135、 ICL7109等。 双积分型 A/D转换器精度高，但速度较慢 (如： ICL7135),具有精确的差分输入，输入阻抗高，可自动调零，超量程信号，全部输出于 TTL电平兼容。 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（例如噪声电压）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。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型 A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求 。 作为电子秤，系统对 AD的转换速度要求并不高，精度上 14位的 AD 足以满足要求。另外双积分型 A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了 ICL7135。 3.1.3、人机交互界面 1、键盘输入 键盘输入是人机交互界面中最重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。 我们采用了专用的键盘显示芯片 ZLG 7289。 Intel8279 是一种比较成熟的可编程键盘 / 显示芯片，可以满足小系统的要求。 ZLG7289 是周立功单片机公司设计的串行输 入输出可编程键盘 / 显示芯片有强大的键盘显示功能，支持 64 键控制。可以比较方便的扩展系统。另外 ZLG7289 内部有译码电路，大大简化了程序。我选择功能更好的 ZLG7289 作为键盘扫描显示芯片 。 2、显示输出 虽然 ZLG7289 具有控制数码管显示的功能，但考虑到本题目要求中文显示，数码管无法满足，只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。由于可以分页显示，无需太大屏幕，我们选择了点阵式 128 64 型 LCD OCM4X8C 。 3.4 软件设计 3.4.1 系统流程 ： 自动校准 提示输入收银员编号和日期 开中断 INT0和 INT1 读 A/D 转换数据 计算金额和总价 显示清单 初始化 LCD 和 7289 开始 清单 -0？ Cal. 常量是 1流程图 主程序流程如图所示： 图 1主流程图 2、软件说明 由于涉及到大量数据的运 算，程序不宜采用汇编语言， C语言大大缩短了开发时间，且程序可读性非常好。 程序中对 AD采入的数据进行了数字滤波，进一步减小 AD读入数据的误差。 7289键盘控制采用中断方式，加快了程序的执行效率。 详细的操作过程见使用说明。 3.4.2 使用操作说明 本系统采用 32键键盘来实现，分为数字键： 0-9，商品 1-商品 10， 6个控制键。 本系统开机显示公司名称，后提示输入收银员编号和当前日期。正确输入后，进入称重显示。 数字键和小数点键：用于输入单价； 累加键：相当于确认，可以将当然信息保存至 购物清单；并且将金额累加，得到所购买商品的总金额。 去皮键：用于去除皮重； 清单价：用于输入的单价错误的时候，重新输入； 购物清单键：当需要显示当前顾客的总的购物清单时，可以连续按下购物清单键，分页显示所购买的商品信息，并且若以达到最后一页，则显示总计金额，收银员编号，和公司名称，当然日期。 运行中如果顾客购买已存入的 10种商品，只需按下相应的商品键，既可以将商品的名称和单价以中文的形式显示，同样累加键保存此商品的信息，包括其重量，金额和当前累计金额。 另外，已存入的 10 种商品的单价均可重新设置，直接输入其单价即可，方便实用。如果所称重物超过了系统最大量程 10Kg,则蜂明器发出报警声音。 3.4.3 程序 电子秤的信号采集、处理、显示的程序 . i nclude i nclude /ad 控制线 #define ad_244 XBYTE0xbfff; sbit ad_stb=P33; sbit ad_start=P11; /lcd 控制线 sbit lcd_di=P17; sbit lcd_rw=P12; sbit lcd_e=P10; /7289 控制线 sbit cs7289=P13; sbit clk7289=P14; sbit dio7289=P15; /sbit key7289=P16; /7289 查询方式 sbit key7289=P32; /7289 中断方式 sbit baoj=P35; /7289 子程序 void ini_7289(void); void send7289(short); short receive(void); void keyin(void); /lcd 子程序 void ini_lcd(void); void lcdd_send(short); void lcdi_send(short); void chk_busy(void); /ad 子程序 void ad(void); void baojing(void); void d_change(long); / 初始化，编号，日期 void ini(); void error1(void); void nop1() void change(s) int dealy; / 全局变量 short sh=0; / 商品号 short dot=0; / 小数点标志 bit list=0; short qb=0; char xdata shuju7=; short xdata bcd5; char xdata s116= 单价 : 元 ; char xdata s216= 重量 :