智能电子称的设计

1、智能电子称的设计组号：第五组 组员：王润源 杨锡贵 彭文星摘要：该系统以单片机LM3S811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部分、数据采集部分、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单片机内部的A/D转换器；数据采集部分由压力传感器、信号的前期处理和A/D转换部分组成，包括半桥测量、精密仪表放大器INA122和单片机控制的A/D采样；人机界面部分为键盘输入、LCD，可以直观的显示重量的具体数字以及方便的输入数据，使用方便；系统电源是用两节干电池3V提供。系统的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（

2、称重范围为02.999Kg，重量误差优于5%）、显示购物清单的功能，并能完成发挥部分对于液态商品具有去皮功能，还具有超量程和欠量程的报警功能。本系统设计结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。关键词：智能电子秤；INA122；压力传感器一、方案比较与论证1、压力传感器的选择这里的传感器是将非电量转换成电量，传感器按线性变化易于整个系统的控制和软件编程，传感器的响应速度和精度更是衡量其性能重要参数。方案一：采用单臂电桥压电传感器。电桥输出电压 。 方案二：采用半桥压电传感器。电桥输出电压 。根据题目的要求，方案二比方案一精度更高，且对后级仪表放大器性能要求要比方案一要求的要低。

3、所以我们选择方案二半桥压电传感器。2、仪表放大器的选择方案一：采用INA122仪表放大器。NA122精密仪表放大器，单电源供电是2.236V，双电源供电是0.9/+1.3V18V，内部两级运放，轨对轨的压摆，共模抑制比高，输入阻抗大，增益高，精度非常好，且外部接口简单。方案二：采用INA128仪表放大器。INA128也是精密放大器，但它只能是双电源供电，而本次设计要求用两节干电池供电；且其内部三级运放，成本比INA122要高。综合考虑，选择方案一。3、单片机的选用方案一：采用传统的51单片机。传统51系列单片机为8位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大容量

4、的程序和实现快速精准的反应、控制、计算。方案二：采用FPGA可编程逻辑器件。FPGA功能强大，编程灵活，低功耗，但是价格昂贵操作复杂。方案三：采用TI公司LM3S811控制器。LM3S811是64位的单片机，功能强大，运算速度快、控制简单，存储容量大。根据题目要求，性能和成本比较，我们选择方案三，采用TI公司的LM3S811控制器。4、A/D转换器方案一：ADC0809是一款8位的A/D转换器。方案二：TLC5615是一款10位的A/D转换器。方案三：LM3S811内部集成了12位A/D转换器，只需要调用相关的程序，便可驱动A/D。根据方案比较，LM3S811内部集成了12位的A/D，不光精度

5、高而且不用去单独的制作A/D转换硬件，所以我们选择方案三。二、系统方案设计1、总体设计图21 系统总体框图按键控制报警警告LCD驱动键盘控制数据处理LM3S811单片机压力传感器调理测量A/D采样电桥电路放大电路稳压LCD显示当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。测量部分是利用压力传感器检测压力信号，得到微弱的电信号，而后经处理放大电路，处理后，送单片机中的A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出，键盘控制接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算

6、，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其送到显示单元中，并在LCD上显示出来。2、压力传感器的测量原理压力传感器的工作原理：当导体或半导体受到外力作用时，会产生机械变形，从而导致阻值变化。导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关。当导体受外力作用时，电阻率及几何尺寸的变化会引起电阻的变化。因此，通过测量电阻值的大小，就可以反映外界力的大小。压力传感器的测量电路可采用桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个电阻均可以是应变片。如能恰当的选择个桥臂的电阻，可以消除电桥的恒定输出，使输出电压只与应变片的电阻有关。当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形

7、，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。3、前级放大电路INA122是一个两级运放的精密仪表放大器，具有单电源供电、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低等特点。其最大输入偏置电流为25nA，这一参数反映了它的高输入阻抗。INA122在外接电阻Rg时，可实现5V10000V范围内的任意增益；工作在单电源范围为2.236V；并且它的输出压摆率是轨对轨形式，输出的电压成线性关系。仅需调整一个电阻Rg，就能方便的调整放大器的增益。由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。图23 放大电路原理图4

8、、电子秤原理图如图，电子秤硬件电路主要由TL431稳压电路、半桥测量电路、放大电路、外接三个电阻构成，放大电路6脚接单片机的A/D采样。图24 电子秤原理图三、系统软件设计系统的主程序流程框图如图31所示：开 始系统初始化显示主界面，读标定系数称重及数据处理读7279，判键有键吗？NY设置单价用数字键输入，并可修改确认去皮即清零累计金额 求和清零回到初始化清单显示 商品名称等显示总金额 图31 软件流程图四、测试方法与仪表图41 测试仪表1、测试仪表仪器名称数量型号数字万用表1UA9205N稳压电源1YB173IC2、操作方法u 把传感器放平，接通电源，显示主界面，如果空称时显示不为零，可按去

9、皮键清零；如需去除器皿皮重，先按去皮键，再在器皿上放物件，则显示净重；u 如果物价重量超出测量范围，显示超重警告；u 单价设置时，先按设置键，再用数字键输入单价，可使用删除键修改。3、测试方法u 电子称放平，用万用表电压档红表笔接仪表放大器的输出端黑表笔接地，测出秤盘上没有重物到添加重物、依次增加重物的重量所显示的数据，没有放重物时所显示的数据就是本系统的误差u 设置单价，当物件重量变化时，读取相应的金额；u 使用累计功能，读取总金额；u 使用汇总功能。4、测试数据及测试结果分析u 测试数据 按照操作方法，对 500g到3000g的盐进行测试,从小到大，然后从大到小，共测量7个来回，共14次；

10、表44 重量测试结果与误差分析u 测试结果及分析 物品名称实际重量（kg）测示重量(kg)放大倍数绝对误差食盐000 0.0110000.01食盐0.500.4910000.01食盐1.00 1.0010000.00食盐1.501.5010000.00食盐2.002.0110000.01食盐2.502.4910000.01食盐3.002.9910000.01五、系统总结 此次设计的“电子秤”基本要求称重误差优于5%，发挥部分重量精度优于1%，通过测试，我们实际所测的误差为1%，系统完全达到了设计要求，不但完成了基本要求，发挥部分的要求并增加了超重报警功能。系统误差用软件的算法将其去掉。压电传感

11、器的灵敏度、仪表放大器的精度、A/D转换器的位数和转换速度，决定了整个系统的反应速度和精度。六、参考文献 1 罗亚非 等编著. 北京航空航天大学出版社2 马忠梅,马岩等编. 北京航空航天大学出版社出版.3 电子测量仪器原理与使用林占江，林放编著. 电子工业出版社. 4 数字电子技术 徐丽香编著. 电子工业出版社.七、附录（1）/ ADC采样unsigned long adcSample(void)unsigned long ulValue;ADCProcessorTrigger(ADC_BASE, 0); / 处理器触发采样序列while (!ADC_EndFlag); / 等待采样结束ADC

12、_EndFlag = false; / 清除ADC采样结束标志ADCSequDataGet(ADC_BASE, 0, &ulValue); / 读取ADC转换结果return(ulValue);void Displaydy(unsigned long ulValue)unsigned int DyValue,h;DyValue=(ulValue*3*100)/1024;if(DyValuemax)max=DyValue;if(max189)for(h=0;h27)max=0;mm=(192*max-6300)/100;/mm=200*max-66;Depart(mm);kgg();（2）/算钱

13、的功能unsigned int k=0,l=0,j=0;void qian()unsigned int m;m=(price*mm)/100;jinj=m-pi; /单价Displayen(4,32,jinj/1000);Displayen(4,40,jinj/100%10);Displayen(4,48,30);Displayen(4,56,jinj/10%10);Displayen(4,64,jinj%10);if(temp=11)pi=m;temp=50;if(temp=10)jinj=m-pi;sum=sum+jinj+;kgl=mm;l+; mingk=xx k+; mingk=xx

14、x;k+;/总价Displayen(6,60,sum/1000); Displayen(6,68,sum/100%10); Displayen(6,76,30); Displayen(6,84,sum/10%10); Displayen(6,92,sum%10);pi=0;temp=50;（3）/显示清单int ppp=0;void qingdan() if(ppp=1 | ppp=2|ppp=3 | ppp=4|ppp=5 | ppp=6|ppp=7 |ppp=8|ppp=9 | ppp=10)clear_screen(0); Display(0,0,0); Display(0,16,1); Display(0,40,2);Display(0,56,3);Display(0,80,4);Display(0,96,5);if(ppp=1)Display(2,0,mingppp-1);Display(2,16,mingppp);elseDisplay(2,0,mingppp); Display(2,16,mingppp+1); Displayen(2,32,kg0/100); Di