开题报告-基于51单片机的电子秤设计

中国计量学院现代科技学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名学号专业自动化班级101设计（论文）题目基于51单片机的电子秤设计指导教师系机电工程系2014年2月16日一、选题的背景与意义称重技术作为一种重要的测量手段，从古至今一直被人们所重视着，称重技术广泛应用与科研、贸易、农业、工业、交通等各个领域，与人民的生活密不可分。电子秤是电子衡器中最重要的一种，衡器（WEIGHINGMACHINE），是计量器具的一个重要组成部分，按结构原理可分为机械秤、电子秤、机电结合秤三大类，广泛用于工业、商业、科研、农业、医疗卫生等各个领域。衡器的技术水平高低将直接影响各行各业的现代化水平，决定着社会经济效益1。电子秤与传统的机械秤相比。主要有以下优点（1）传感器的反应速度快，从而可以提高称重速度。（2）结构简单，体积更小，重量更轻，受安装地点的限制小，有些大吨位的电子秤甚至可以做成可移动式的。（3）称重信号不但可以远距离传送，并且可用计算机对其进行数据处理，让数据能够自动显示，记录称重结果，还可以给出各种控制信号，实现生产过程自动化（4）称重传感器可做成密封型的，从而有优良的防潮、防腐蚀性能，能在机械秤无法工作的恶劣环境下工作。（5）电子秤的结构没有作为支点的刀垫和刀口，稳定性更加好，减少了机械磨损，减轻了维修保养工作，使用方便，寿命长。（6）精度比机械秤更高2。因为有上述的优点，所以现在电子秤已经俨然成为衡器发展的主流。在许多先进工业国家里，如美、日、德等，电子秤已普遍应用于工业、商业和其它领域中，并正在取代机械秤3。我国近十年来单秤运用和自动化系统中的电子称重设备也在迅速增多，各种各样的电子秤（包括漏斗秤、容器秤、吊车秤、汽车衡、轨道衡等）将会广泛应用于冶金、矿山、煤炭、石油、交通运输，化工、食品等部门，以实现自动化生产过程的连续称重、自动配料、定值控制，这对保证产晶质量、提高劳动生产率、减轻劳动强度、降低成本有重要意义4。二、研究内容与拟解决的主要问题21研究内容利用51单片机和电阻应变式称重传感器完成电子秤的设计，实现称重，计价，报警等功能。22拟解决的主要问题（1）传感器的选型（2）51单片机的原理及应用（3）解决键盘实现单价给定和显示器重量、总价等功能（4）电子秤的软硬件设计及优化问题（5）程序的编写问题三、技术路线、研究方案与可行性分析31系统硬件构成系统主要由单片机、键盘模块、称重传感器、液晶显示模块、AD转换模块等组成。其系统结构框图如下图所示图31系统结构框图32硬件设计321A/D转换，放大电路使用HX711A/D转换模块对信号进行放大和转换。HX711是一款24位的A/D转换器芯片。但是HX711比一般的A/D转换模块多了稳压电源和放大电路，集成度更高，抗外界干扰的能力更强，使得外围的电路减少了很多，在很大程度上提高了电路的稳定性，同时减轻了设计和焊接电路的难度，系统板上无需为传感器提供额外的电源，使整块电路板线路更加简洁，美观。HX711与AT89C52单片机的接线也比较简单，可以使用IO口驱动控制信号，不需要再对内部的寄存器进行编程，使得程序部分更加简洁易编写。322传感器选择了CZLA10KG的电阻应变式压力传感器。电阻应变式压力传感器是由一块贴有电阻应变片的金属弹性块和电线构成，其内部使用的一般是惠更斯电桥。当收到重物给予的压力时，金属弹性块就会带动电阻应变片发生微小形变，导致电阻的阻值发生变化，使电桥失去平衡，产生差动信号，供单片机控制电路处理。323键盘设计键盘输入是人机交互界面中重要的组成部分，按键电路的主要功能是想单片机输入数据、传送指令。在本次电子秤设计中，主要使用按键来对计价、去皮、清零等功能的设置。本次设计使用4X4矩阵薄膜键盘，这种键盘的价格低，性能稳定，可以使用程序消除其结构上的不稳定性，性价比高。324液晶显示模块根据系统设计需求,需要实现实时显示功能,因此本设计采用液晶显示模块来显示步进电机的工作状态。在具体选型的时候,有很多种液晶模块可供选择。例如AMHRE12864、LGM12641BS1R1602等等,都是应用比较广泛的液晶显示器件。AMPIRE12864为不带字库的汉字、图形点阵液晶模块。共64行,128列,能显示4行8列32个1616点阵汉字或者4行16列64个168点阵字符,也可以显示最大12864点阵图形。1602则一般用于显示英文字符的液晶模块5。本系统我们釆用1602液晶显示模块作为系统的液晶显示器件。图3为1602实物图图321602液晶显示模块33系统软件设计331主程序软件设计电子秤的软件设计是整个设计中至关重要的一部分，软件要实现的功能是配合硬件完成整个电子秤功能的实现。软件设计的步骤可概括为以下三点（1）分析系统设计的任务要求，确定所需算法对复杂的问题进行具体的分析，找出最适合的算法和适当的数据结构，从而确定编写程序的步骤。（2）根据算法画流程图画出程序的流程图可以把算法和程序具体化、形象化，是编写程序更加容易上手，减少出错可能性。（3）编写程序根据程序框图所表示的算法和步骤，选用适当的指令排列起来，构成一个有机的整体，即程序。（4）调试把编好的程序下载进单片机，运行整个系统。检测结果是不是符合任务要求。图33为系统软件设计主流程图价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价WHILE价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价价NOYES图33系统软件设计主流程图四、可行性分析41系统硬件可行性分析本设计实现的方法是利用应变式电阻压力传感器在受到外力作用时产生差动信号，然后把差动信号通过处理（放大、A/D转换）后，传入单片机对其进行控制，单片机把数字信号再转换回实际重量后控制液晶显示屏进行显示重量，从而完成整个称重过程。按照电子秤设计的基本要求，本设计的电子秤系统结构可分为数据采集、单片机控制、人机交互（显示和键盘）模块。模数转换构成，模拟信号放大和电阻应变式压力传感器组成了数据采集模块。AT89C52单片机的电路及其外围电路组成控制模块。LCD1602显示模块和4X4键盘模块组成人机交互模块。单片机控制模块完成对传感器采集回来的信号处理，并且驱动LCD1602显示模块和4X4键盘模块实现人机交互功能。在拓展功能设计上，本电子秤设计增加了过载报警和去皮、计价等功能。42系统软件可行性分析键盘输入、AD转换、显示等程序都可以通过C语言编写，并且在网上也能查到大量的相关资料，所以软件也是可行的。五实施计划具体实施计划如下所示第13周根据设计任务进行前期中英文资料搜集，并撰写开题报告及文献综述；第45周实施具体方案，确定设备型号，购买元器件，完成硬件连接；第68周软件程序设计；第911周软硬件联调，解决问题，完善设计；第1214周撰写毕业论文，指导老师修改论文并给予评论，准备答辩。六、主要参考文献资料1高勇分析电子衡器技术的现状及未来发展趋势J科技与企业,2012,1122302贾耘涛衡器的发展应用与管理J中国科技博览,2012,2415253曾德坤浅析电子量衡准确性提高的技巧J商情,2012,35610304王争带钢称重设备在宝钢1800冷轧厂的应用J中国高新技术企业,2012,3710165李淳电子衡器的特点及选用J黑龙江科技信息,2009,12510356陈小龙浅谈如何搞好衡器计量管理J黑龙江科技信息,2011,2112357杨东海国内外电子秤的发展趋向及几点看法J水利电力机械,2009,121113288刘九卿动态和数字称重技术发展概况与研究课题J工业计量,2011,2110169陶安利,郑娟娟,王力涵,历运周NETWORKINGINTELLIGENTPRESSURESENSORUSINGDIGITALLOCKINAMPLIFICATIONTECHNOLOGYJJOURNALOFMEASUREMENTSCIENCEANDINSTRUMENTATION201101213610JIANSUCHANGZHOULONGWENDEVELOPINGOFHIGHACCURACYANDLOWCAPACITYSTRAINGUGEBASEDLOADCELLFORELECTRONICSCALEJ2009，153192311梁易基于单片机的无线电子秤设计J企业导报,2012,45255112李艳应变式微型传感承压机构一体化电子测压器M广东中山大学200932013袁锡明基于单片机控制的智能压力变送器设计与实现J化工自动化及仪表,2012,5933014钟富昭等8051单片机典型模块设计与应用M北京人民邮电出版社，2010365015王守中，聂元铭51单片机开发入门