电子秤课程设计

1、【设计题目】：基于单片机的电子秤设计【设计要求】：(1) 设计一款电子秤，用LCD液晶显示器显示被称物体的质量(2) 可以设定该秤所称的上限(3) 当物体超重时，能自动报警【设计过程】1. 【方案设计】 1.1电子秤的组成1.1.1电子秤的基本结构电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量(重量)的测量仪器，也可用来 确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电了秤 均由以下三部分组成:(1) 承重、传力复位系统它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体, 一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构 等。(2) 称重传感器即

2、由非电量(质量或重量)转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电 的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。(3) 测量显示和数据输出的载荷测量装置即处理称重传感器信号的电子线路(包括放人器、模数转换、电流源或电 压源、调节器、补尝元件、保护线路等)和指示部件(如显示、打印、数据传输 和存贮器件等)。1.1.2电子秤的工作原理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, 传感器随之产生力一电效应，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）。此信号由放大电路进行放大、 经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号

3、再送到微处器的 CPI处理，CPU 不断扫描键盘和各功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要 的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显 示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。1.2本设计思路本设计的主要思路是：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，然后显示出 来。主要技术指标为：称量范围0600g，分度值1kg，精度等级III级，电源AC220V2. 【器件选择】按照本设计功能

4、的要求，系统由5个部分组成：控制器部分、测量部分、数 据显示部分、键盘部分、语音提示部分和电路电源部分， 系统设计总体方案框图如图1所示。图1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，送单片机中 的A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出，控制器接受来自A/D转换器输出的 数字信号，经过复杂的运算，将数宁信号转换为物体的实际重量信号， 并将其送 到显示单元中。2.1控制器部分本设计使用单片机作为系统的主控制器。根据总体方案设计的分析，设计这 样一个简单的的系统，可以选用带A/D转换器的单片机，由

5、于应用程序不大，应 用程序直接存储存片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。在这里选 用STC生产的STC12C5A60S单片机。STC12C5A60S与MCS-51相比有如下优势:第一，指令集与MCS-51系列单片机完全兼容。第二，片内存储器采用闪速存储器，并且支持SPI-ISP在线编程，使程序提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。写入更加方便，提高了调试效率，缩短了开发周期。 第三，第四,第五,单指令周期，运行速度高。自带上电复位电路，可减低单片机外围电路的复杂程度。内置8路10位高速A/D转换，转换速度25万次/秒。第六，STC12C5A60S2内部带有60KB的程序存储器

6、，并且带有8路10位精度的A/D 转换器，基本上已经能够满足我们的需要。STC12C5A60S单片机的引脚图如图2 所示。i.二F5,3 匚二MOSI ADCs. Pl, 5 匚二HISO ADCe. Pl. 6 ISCLK .WC7 . P1, 7 =Pl 7/ESI 匚二Rm PS. 0 匸二3CLK-'T?tD2 CCPL.F.t 3 =rxC F3. 1 匚二 iNT0/P3, 2 匚二 吨 3 tCLKOITO TO P3. 4 匸二CLKOUTl T1/P3. 5 # H L M g 寸 E rq UH » t' f PVPPkkPbPMCC1 a367S

7、TC12C5A60S2单片机10LI3531$3323130：S27261。2亍"ev 丄 gt-oc 去二一二I FO. 4/AD 4二 PC, 5/AD3 ZZI PC. S/AD6. 二Z) FO. 7/AD7EX_LVD/F-< 6-'E3T2 n P4. l.-ECl/MOST 二 ALE/FM. 二1 NA P4. -1 二 F2. 7/A15ZZI P2 &/A14二 F2. 5/A13二 Pb. 1nuuuunuumnra=住-.-S8 乏、隘星EV+瘗.至S rj r-： a 二 a a V u V咗 J、'-. ”.=N X -r d

8、 zj o =nnnnnmnnnnn图2 STC12C5A60S单片机的引脚图2.2数据采集部分电子秤的数据采集部分主要包括称重传感器、处理电路电路，因此对于这部 分的论证主要分两方面。2.2.1传感器的选择传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最人偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的 量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。根据设计需要, 确定传感器的额定载荷为1Kg，允许过载为150%F.S精度为0.05%，最大量程 时误差± 0.1kg，可以满足本系统的精度要求。综合考虑，本设计采用SP 20C-G501电阻

9、应变式传感器，其最人量程为 1Kg.该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种结构的动、 静态测量及各种电子秆的一次仪表。 该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电 缆线等组成，其工作原理如图3所示。图3称重传感器原理图222放大电路选择由称重传感器的称量原理可知，采用转换电路，把应变计的R/R变化转换成 电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这 个电压或电流信号转换成可以被 A/D转换器接收的信号。在前级处理电路部分, 我们考虑可以采用以下几种方案:方案一：利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路;普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声

10、。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 种方案不宜米用。方案二：主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器， 而构成的前级处 理电路；差动放人器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放（如0P07） 做成一个差动放大器。一般说来，集成化仪用放大器具有很高的共模抑制比和输入阻抗，因而在传统的电路设计中都是把集成化仪器放人器作为前置放人器。然而，绝人多数的集 成化仪器放大器，特别是集成化仪器放大器，它们的共模抑制比与增益相关：增 益越高，共模抑制比越大。为了实现信号的放人，其设计电路如图 4所示:图4利用高精度低漂移运放设计的差动放大器前级

11、采用运放Al和A2组成并联型差动放大器，使其输入阻抗为无穷大, 模抑制比也为无穷大。阻容耦合电路放存由并联型差动放大器构成的前级放大器 和由仪器放大器构成的后级放大器之间， 这样可为后级仪器放大器提高增益， 而提高电路的共模抑制比提供了条件。 后级电路采用廉价的仪器放大器，将双端 信号转换为单端信号输出。由于阻容耦合电路的隔直作用，后级的仪器放大器可 以做到很高的增益，进而得到很高的共模抑制比。3. 【系统电路设计】3.1主控制器电路主控制器是STC12C5A60S单片机，其外围电路简单，只需要加上晶振电路 和电源就可以工作。主控制器电路如图 5所示。a、STC12C；5AeOS2*22_43

12、T2J辽17p 生 EEECEESJSSS 03.4 Pl.5Pl.flPl,7?RSTP3.0P4.3P3.1P3.2P3 3P3.4 J 3P 勢寸 P5.1eeLL 厶寸 r-ic-imr-ic-iLjnddXX 口 dddddddP0.5P0.6P07P4.(5P4 1ALEP4.4P2 7P3.6P2.53d_35 dO 5 葫 C &33 pC.7282.727P1625o1rsEnOOo32一品G图5主控制系统3.2传感器放大电路传感器放大电路由两级组成，前级由两个同相比例运算电路组成，后级是一 个差动比例运算电路。传感器信号首先进过前级进行初步放大，接着进入后级。R2,

13、R4由于前级的对称性直接影响后级的共模抑制比，考虑到元件阻值的误差,选用多圈精密可调电阻。为了提高后级对共模信号的抑制，反馈电阻R3也采用 精密多圈可调电阻。传感器放大电路如图 6所示。图6传感器放大电路3.3显示电路1602液晶模块的引脚连线如图7。其中，第1、2脚为液晶的驱动电源；第 三脚VL为液晶的对比度调节，通过在VCC和GN龙间接一个10K多圈可调电阻,中间抽头接VL,可实现液晶对比度的调节；液晶的控制线RS R/W E分别接单片机的P0.5、P0.6、P0.7 ;数据口接在单片机的P2 口； BL+、BL-为液晶背光电 源。1602GND|»GNDVCCGND图7 160

14、2液晶模块的接线图3.4报警电路的设计当电路检测到称重的物体超过仪器的测量限制时， 将产生一个信号给报警电路。使报警电路报警从而提醒工作人员注意，超限报警电路如图8所示。1111 7 I图8报警电路图它是由89S52的P2.6 口来控制的，当超过设置的重量时（5Kg）,通过程序使P2.6 口值为高电平，从而使三极管导通，接通报警电路，使蜂鸣器SPEAKE发出警报 声，同时使报警灯LED发光。4. 【软件设计】程序设计是一个复杂的工作，为了把复杂的工作条理化，就要有相应的步骤和方法。其步骤可概括为以下三点:（1）分析系统控制要求，确定算法：对复杂的问题进行具体的分析，找出 合理的计算方法及适当的

15、数据结构，从而确定编写程序的步骤。（2）根据算法画流程图：画流程图可以把算法和解题步骤逐步具体化，以 减少出错的可能性。（3）编写程序：根据程序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。4.1主程序的设计主程序的功能是系统初始化，管理和调用各个子程序。本设计的程序流程图 如图9所示。4.2子程序设计421A/D转换启动及数据读取程序A/D转换子程序主要是指在系统开始运行时,把称重传感器传递过来的模拟信号转换成数字信号并传递到单片机的程序设计。10所示。设计流程图如图图10 A/D转换启动及数据读取程序流程图4.2.2显示子程序设计显示子程序主要是来判断是否需要

16、显示， 以及如何去显示。设计显示子程序的 流程图如图11所示：图11显示子程序流程图423报警子程序的设计由于要求有报警电路，可以将设定的阀值与实时显示的值进行比较，如果设定值小于实时显示的值，则将 P1.0置为1,就报警。程序流程图如图12所示。5. 【结果分析】600实验中在称重物时，电子秤能够测量出物体的重量，当物体重量大于 克时，会发出警报。综上所述，设计出的电子秤能够正常的进行工作。6. 【设计总结】(1)设计中出现的问题及解决方案始用C语言编写代码时，出现很多小错误。比如变量还没定义就直接使用了;书写不规范，不该用分号的地方用了，括号不配对等；没有注意大小写的区别。 这些都是根据提

17、示找到出错的语句直接改正就可以。在重量调整子程序中，设置了一个上限量程，在重量超过了上限时直接使用beep()函数，但是这时并不报警，才发现还没定义这个函数，接下来在下面定义了报警函数，还是不行，原来必行在调用之前定义或是先声明了才能在调用之后 定义这个函数。(2)个人体会通过本次课程设计，加深了对单片机的理解，并且更加熟悉了单片机的整个 设计流程。经过对电子称的设计，加深了对传感器的理解以及更加了解到日常生 活中传感器与我们实际生活的联系。 在设计过程中出现了许多错误，导致一些程 序无法运行，但经过不断的努力，终于克服了困难，完成了设计的任务及要求。由于设计时间有限，只能在以后的学习过程中做

18、更进一步的改进和提高。7.【参考文献】1赵茂泰智能仪器原理及应用M.北京：电子工业出版社2009.42马忠梅单片机的C语言应用程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社.2009.83刘瑞新单片机原理及应用教程M.机械工业出版社.2011.74王东峰单片机C语言应用100例M.北京：电子工业出版社.2009.5李平等张毅刚/#define AD_SPEED 次，SP EED1 SP EED0 A/D转换所需时间个时钟周期转换一0x60 0110,0000 11 90/#defi ne AD_S PEED换一次0x40 /0100,000010140个时钟周期转0x20 /0010,0000012

19、80个时钟周期转0x00 /0000,000000420个时钟周期转/ CPU 工作频率21MHZ时A/D转换速度约300KHZ/#defi ne AD_S PEED换一次/#defi ne AD_S PEED换一次/单片机入门与开发M.北京：机械工业出版社.2010.1MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2011.9附录:#i nclude "con fig.h"/un sig ned int get_AD_result( un sig ned char cha nn el) /存储A/D转换标志un sig ned char AD_fi ni s

20、hed=0;ADC_RES = 0;ADC_RESL = 0;/A/D/A/D转换结果高8位转换结果低2位cha nnel &= 0x07;ADC_CONTR = AD_S PEED;_nop_();ADC_CONTR|=0xE0/1110,0000ADC_CONTR |= cha nn el;_nop_();ADC_CONTR |= 0x80;delay(1);ADC_CONTR |= 0x08;转换/0000,0111 清 0 高 5 位清 ADC_FLAGADC_STAR位和低三位/选择A/D当前通道/启动A/D电源使输入电压达到稳定/0000,1000 令 ADCS = 1,启

21、动 A/D/AD_fi nished = 0;while (AD_fi nished = 0 )AD_fi nished = (ADC_CONTR & 0x10);否ADC_CONTR &= 0xE7;A/D转换/等待A/D转换结束/0001,0000 测试A/D转换结束/1111,0111 清 ADC_FLAG位,关闭return (ADC_RES<<2|ADC_RESL); / 返回转换后的结果 void WriteDataLCD(u nsig ned char WDLCD)ReadStatusLCD(); / 检测忙LCD_Data = WDLCD;LCD_R

22、S = 1;LCD_RW = 0;LCD_E = 0; /若晶振速度太高可以在这后加小的延时LCD_E = 0;LCD_E = 0; / 延时LCD_E = 1;void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BuysC) /BuysC 为 0 时忽略忙检 测if (BuysC) ReadStatusLCDO;/ 根据需要检测忙LCD_Data = WCLCD;LCD_RS = 0;LCD_RW = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 1;un sig ned char ReadDataLCD(void)LCD_RS

23、 = 1;LCD_RW = 1;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 1; return(LCD_Data);un sig ned char ReadStatusLCD(void)LCD_Data = OxFF;LCD_RS = 0;LCD_RW = 1;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 1; delay_18B20(200);/ Delay5Ms();while循环while (LCD_Data&Busy) return(LCD_Data);void LCDI ni t(void)LCD_Data = 0;WriteComma ndLCD(0x38,0);Delay5Ms();WriteComma ndLCD(0x38,0);Delay5Ms();WriteComma ndLCD(0x38,0);Delay5Ms();/检测忙信号Proteus 仿真时，延迟5MS关闭/硬件使用时，不延迟，打开 while循环/三次显示模式设置，不检测忙信号WriteComma ndLCD(0x38,1);WriteComma ndLCD(0x08,1);WriteComma ndLCD(0x01,1);WriteComma ndLCD(0x06,1);/显示模式设置，开始要求每