G-简易电子秤报告

1 简易电子秤 简易电子秤 G 题 题 摘要摘要 电阻应变式传感器是根据应变原理 通过应变片将机械构件的应变或应变 力转换为电阻的微小变化再进行电压测量的精密装置 电阻应变式传感器广泛 应用于电子秤以及各种新型结构的测量装置 应变式传感器具有测量范围宽 精度高 动态响应好等多种优点 其结构简单 使用方便 具有一定的开发价 值 电阻应变片传感器通过差动放大电路 运算放大器 并采用 A D 转换器 通过 A D 转换电路把接收到的模拟信号转换为数字信号 传送到显示电路 最 后由显示电路 LCD12864 显示数据 这种电子秤具有精确度高 操作简单 性能稳定 价格低廉 成本低 制作简单等优点 能满足各种用途的不同需求 关键字 电子秤 应变片传感器 关键字 电子秤 应变片传感器 A D 转换器 显示电路转换器 显示电路 LCD12864 2 1 设计要求 设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易 电子秤 电子秤的结构如右图所示 如右图所示 铁质 悬臂梁固定在支架上 支架高度不大于 40cm 支架及秤 盘的形状与材质不限 悬臂梁上粘贴电阻应变片作为称 重传感器 2 总体思路 阻应变片的工作原理是基于应变效应制作的 即导体或半导体材料在外界 力的作用下产生机械变形时 其电阻值相应的发生变化 将应变片贴在被测定 物上 使其随着被测定物的应变一起伸缩 这样里面的金属箔材就随着应变伸 长或应变片原量缩短 很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化 应变片就是应用这个原理 通过测量电阻的变化而对应变进行测定 一般应变 片的敏感栅与应变成正比例关系 但是由于应变是相当微小的变化 所以产生 的电阻变化也是极其微小的 要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的 一般的电阻计无法达到 要求 为了对这种微小电阻变化进行测量 我们使用带有惠斯通电桥 并进行 相应的放大 3 方案论证 1 1 惠斯通电桥方案惠斯通电桥方案 由于应变片由于应变效应改变的阻值较小 经我们组的多次精密测试 有 效变化阻值小于 1 5 要精确地测量这么微小的电阻变化非常困难 需要搭 图 1 电子秤结构 图 2 总体思路图 3 建惠斯通电桥进行测量 其中供电电源需要尽量稳压 当应变片的温度变化时 其电阻也将改变 敏感栅的电阻丝阻值随温度变 化的关系可表示为 Rt R0 1 0 t Rt 是温度为 t 时的电阻值 R0 是温度 为 t0 时的电阻值 0 是金属丝的电阻温度系数 当温度变化 t 时 电阻的 变化为 R Rt R0 R0 0 t t 为温度的变化值 t t t0 方案方案 1 1 单应变片 单应变片 原理 将一块应变片正面贴于铁质悬臂梁上 利用铁质悬臂梁的形变改变 应变片的阻值 R4 R5 R6 需使用高精度电阻 经测定 从 10g 重物到 200g 重物 有效的电压变化从 0 22mV 到了 0 64mV 优点 方案简单 电路功率较小 有利于保护应变片 方便对电桥进行调 零 缺点 应变片电阻较小 不容易测输出的微弱电压 不能满足温度补偿 易受温度变化干扰 方案方案 2 2 半桥方案 半桥方案 图 3 惠斯通电桥思路图 1 图 4 惠斯通电桥思路图 2 4 原理 将一块应变片正面贴于铁质悬臂梁上 另一块背面贴于铁质悬臂梁 上 当铁质悬臂梁发生形变时 其中一块应变片电阻增加 另一片电阻减小 更加促进了电桥输出的电压变化 R9 R10 需使用高精度电阻 优点 电阻变化比方案一明显 缺点 功率稍大 对应变片有一定的影响 不能满足温度补偿 易受温度 变化干扰 方案方案 3 3 全桥方案 全桥方案 原理 将 R11 和 R14 应变片正面贴于铁质悬臂梁上 另两块背面贴于铁质 悬臂梁上 当铁质悬臂梁发生形变时 两块应变片电阻增加 另两片电阻减小 更加促进了电桥输出的电压变化 经测定 从 10g 重物到 200g 重物 有效的 电压变化从 0 02mV 到了 0 82mV 变化幅度大于前两个方案 优点 电阻变化比方案一非常明显 对温度变化有一定的补偿 基本可以 忽略温度影响 缺点 电桥难以调平 应变片接线较为复杂 综上所述 我们采用方案 3 全桥方案 具有一定的温度补偿 能忽略温 度带来的电阻变化 并具有明显的稳定的电压变化 对后续软件设计提供便利 2 2 A DA D 模块的选用模块的选用 方案一 方案一 ADC0809ADC0809 ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道 8 位逐次逼近式 图 5 惠斯通电桥思路图 3 5 A D 模数转换器 其内部有一个 8 通道多路开关 它可以根据地址码锁存译码 后的信号 只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A D 转换 优点 A D 转换的通道较多 使用方便 缺点 只有 8 位逼近式 A D 转换 难以满足简易电子秤的精度要求 完全 无法使用 方案二 方案二 HX711HX711 HX711 是一款专为高精度电子秤而设计的 24 位 A D 转换器芯片 与同类型 其它芯片相比 该芯片集成了包括稳压电源 片内时钟振荡器等其它同类型芯 片所需要的外围电路 具有集成度高 响应速度快 抗干扰性强等优点 通道 A 的可编程增益为 128 或 64 对应的满额度差分输入信号幅值分别为 20mV 或 40mV 优点 精密度高 足达 24 位 可无需接放大电路对惠斯通电桥的微小电压 进行放大 自身包含稳压电源和时钟 缺点 由于输入 5V 电压 满偏电压较小 仅为 5mV 满偏电压 激励电压 灵敏度 其中灵敏度为 1mV V 方案三 方案三 cs5513cs5513 Cs5513 是美国 CRYSTRAL 公司生产的 20 位串行输出的数模转化器 利于使 用 自带振荡器 无需外接时钟 无噪声分辨 17 位 线性误差小于 0 0015 是一种低成本的 A D 芯片 优点 分辨率较高 能适应本次设计要求 误差较小使用方便 缺点 需进行信号放大后才可使用 综上所述 由于我们需要的精准的 A D 转换 故采用方案 2 HX711 其有效 位数达 17 位 在这里我们使用了该芯片的前 16 位 4 单元模块设计 1 1 惠斯通电桥电路的设计惠斯通电桥电路的设计 R1 R2 R3 R4 都为应变片传感器 阻值为 350 当电子秤放上重物时 6 贴于正面的 R1 R4 电阻增加 R2 R3 的电阻减小 在 OUT1 口和 OUT2 口会产 生一个微小电压变化 可间接测得重物重量 R6 为调零电阻 可以通过调节 R6 来解决惠斯通电桥的平衡 当放上过重的物体产生无法恢复的的形变时 可以 通过该调零电阻进行调零 或进行软件调零 2 2 A DA D 转换电路的设计转换电路的设计 本设计采用 HX711 精密度高 足达 24 位 可无需接放大电路对惠斯通电桥 的微小电压进行放大 自身包含稳压电源和时钟 图 6 惠斯通电桥电路图 图 7 HX711 电路图 7 3 3 系统模块的设计系统模块的设计 本设计使用 AT98C52RC 单片机作为控制系统 其价格低廉 使用方便 降 低了该秤的成本 同时包括了 12864 和对应的按键模块 4 4 电源模块的设计电源模块的设计 该设计电源使用 L7805 其组成 稳压电源所需的外围元件极少 电 路内部还有过流 过热及调整管的 保护电路 使用起来可靠 方便 而且价格便宜 5 系统调试 经多次调试 本设计性能良好 操作方便 能稳定 运行 误差小于 0 5g 有效量程大于 500g 符合本次 设计要求 并进行创新 实现软件自主调零校准 适 应不同的秤臂 软件流程图如右 软件流程图如右 图 8 STC89C52RC 电路图 图 9 STC89C52RC 电路图 8 6 系统功能 指标 要求完成程度 1 电子秤可以数字显示被称物体的重量 单位 克 g 10 分 能用 12864 显示 并符合题 目要求 2 电子秤称重范围 5 00g 500g 重量小于 50g 称重误差小于 0 5g 重量在 50g 及以上 称 重误差小于 1g 50 分 经过多次准确测量 50g 内误差小于 0 5g 50g 以上误差小于 1g 3 电子秤可以设置单价 元 克 可计算物品 金额并实现金额累加 15 分 能用软件实现设置金额 并 实现金额累计 计算金额 4 电子秤具有去皮功能 去皮范围不超过 100g 15 分 电子秤能实现去皮功能 并 不超过 100g 满足题目要求 5 其他 电子秤能进行超过 500g 蜂鸣 器报警 能在不同秤臂下使用 20g 砝 码进行自动校准 7 设计总结 该电路能够准确传输物品的质量 并且精度在 1g 之内 并能进行相应的 调零 去皮 输入单价并计算价格 累计不同物品总价 实现简易电子秤的功 能 电路基本是以模拟电子电路构成的 并由 STC89052RC 控制 该秤性能稳定 可靠 价格低廉 使用方便 实用性能较高 具有一定的应用价值和广阔的市 场前景 附录附录 附录一附录一 程序思路 主函数 程序思路 主函数 图 10 软件流程图 9 include 51 系列单片机头文件 include include sbit ADDO P1 6 声明 AD 的 DT 端口 sbit ADSK P1 7 声明 AD 的 SCK 端口 显示相关 sbit S2 P2 0 加价 sbit S3 P2 1 移位 sbit S5 P2 2 退出加价 sbit S6 P2 2 计算总价 sbit S7 P2 3 去皮 sbit SS1 P2 6 sbit SS2 P2 4 sbit SS3 P2 5 sbit beep P1 0 sbit S8 P2 6 归零 bit c flag 1 改价标志 bit pe flag 0 去皮标志 unsigned int x 0 unsigned int parameter1 unsigned int parameter2 unsigned char c num 1 unsigned char kj1 4 unsigned char kj2 2 unsigned char k 8 比例系数 unsigned char weight num 4 0 unsigned char weight5 0 weight4 unsigned int weight6 unsigned char unit price 2 0 unsigned char total price 5 0 unsigned char sum price 7 0 unsigned long price 0 void cal 计算价格 void pelled 去皮 void show void change price void weight adjust void init 声明初始函数 void delayms char ms 声明延时函数 void send char char txd 声明串口函数 void get weight 声明获取体重函数 long a weight 定义变量类型 char c 6 a1 a2 同上 char tab 0123456789 同上 long ReadCount void 同上 main 主函数 lcd init 12864 显示配置 delayms 500 延时 500ms 10 init 初始化函数 TEST lcd wcmd 0 x01 清除 LCD 的显示内容 delay2 5 lcd show 0 0 重量 单价 lcd show 3 0 合计 lcd show 3 7 元 lcd show 2 7 元 lcd show 2 0 价格 lcd show 1 3 克 lcd show 0 6 k lcd show 1 7 元 beep 0 delay2 400 beep 1 while 1 大循环 get weight 调用 get weight delayms 100 change price delay2 10 show cal pelled if SS1 0 goto SET SET beep 0 delay2 100 beep 1 delay2 50 beep 0 delay2 100 beep 1 delay2 50 beep 0 delay2 100 beep 1 while SS1 while 1 lcd wcmd 0 x01 清除 LCD 的显示内容 delay2 5 lcd show 0 0 自动调参 lcd show 1 0 请保持托盘为空 while SS2 if S2 0 11 kj1 kj1 1 while S2 if S3 0 kj1 kj1 1 while S3 if S6 0 kj2 kj2 1 while S6 if S7 0 kj2 kj2 1 while S7 lcd pos 0 5 lcd wdat kj1 0 x30 lcd pos 0 6 lcd wdat kj2 0 x30 if SS1 0 goto TEST get weight parameter1 a beep 0 delay2 100 beep 1 lcd show 1 0 请加入 20g 砝码 while SS3 if S2 0 kj1 kj1 1 while S2 if S3 0 kj1 kj1 1 while S3 if S6 0 kj2 kj2 1 while S6 if S7 0 kj2 kj2 1 while S7 lcd pos 0 5 lcd wdat kj1 0 x30 lcd pos 0 6 lcd wdat kj2 0 x30 if SS1 0 goto TEST get weight parameter2 a beep 0 delay2 100 12 beep 1 k parameter2 parameter1 20 lcd show 1 0 lcd show 1 0 已完成 k lcd pos 1 5 lcd wdat k 0 x30 lcd show 3 0 S6 退出 while SS1 if SS1 0 goto TEST void show lcd pos 1 0 lcd pos 0 7 lcd wdat k 0 x30 weight6 a x k weight4 a 为实际 ad 值 x 为初始 ad 值 weight4 为皮重 weight5 a x k if weight5 5 weight num 3 5 else weight num 3 0 weight num 0 weight6 1000 100 weight num 1 weight6 100 10 weight num 2 weight