毕业设计（论文）-基于称重原理的蒸汽熨斗出气量测试装置

中国计量学院现代科技学院本科毕业设计〔论文〕基于称重原理的蒸汽熨斗出汽量测试装置TestingDeviceofSteamIronAirOutputBasedontheWeighingMethod学生姓名学号学生专业自动化班级系机电工程系指导教师实验师中国计量学院现代科技学院2021年6月郑重声明本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出奉献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。学生签名：日期：分类号：TP216密级：公开UDC：62学校代码：13292中国计量学院现代科技学院本科毕业设计〔论文〕基于称重原理的蒸汽熨斗出汽量测试装置TestingDeviceofSteamIronAirOutputBasedOntheWeighingMethod作者学号申请学位指导教师学科专业自动化培养单位辩论委员会主席卫东评阅人2021年6月致谢在大学的最后一年里面，毕业设计为我的大学生涯画上了句点。毕业设计是对大学所学知识的一个总结，更是自己所学成果对老师的一个汇报。从刚开始时，毕业设计选题，硬件设计，软件设计以及论文的修改，富雅琼老师都给予了我极大的帮助。为了指导我的论文，富雅琼老师牺牲了自己的休息时间，手把手教导我。在此，我十分感谢富雅琼老师给予我的帮助。同时，我也感谢，在大学四年中，各门功课的老师给予我的帮助与知道，他们这种无私敬业的精神令人敬佩。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！基于称重原理的蒸汽熨斗出汽量测试装置摘要：称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的上下，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。由于，称重技术的应用十分广泛，且简单可行。因此，用称重去测量蒸汽熨斗的出汽量是十分有可行性的。本文用单片机设计了一个称重测试装置，并给出了设计框图、硬件组成及软件系统。本系统以51单片机最小系统为核心，主要的不见有24位专用串行A/D转换芯片HX711、悬臂梁式电阻应变传感器，输出采用LCD液晶显示。系统通过传感器将压力转化微弱电信号，即电阻应变片感应到压力后，电阻发生微笑变化。通过全桥测量电路将电阻的微小变化转化成电压的微小变化，再经过24位专用串行A/D转换芯片HX711将微小的电压信号转换为24位的串行数字信号输入到单片机进行处理，最后输出到LCD上显示。本设计采用的24位专用串行A/D转换芯片HX711,具有分辨率高，占用I/O口少，与外设接口简单等优点。所以，改设计方案简单可行，能完成设计要求。关键词:称重；HX711；YZC-1B；单片机中图分类号：TP216TestingDeviceofSteamIronAirOutputBasedOntheWeighingMethodAbstract：Weighingtechnologyfromtimeimmemorialattention,asameasurementmethod,widelyusedinindustry,scientificresearch,transportation,andtradefields,andpeople'slivesarecloselylinked.Electronicisakindofelectronweighingapparatus,instrumentsisthenationallegalmeasuringinstruments,livelihood,nationaldefense,scienceresearch,domesticandforeigntradeindispensablemeasureequipment,instruments,producttechnicallevelwilldirectlyinfluencethefromallwalksoflifeandsocialmodernizationleveleconomicbenefit.Because,weighingtechnologyusedwidely,andsimpleandfeasible.Soitdesignedaweightingdevicebyusingthesinglechipcomputer,whichincludedtheframedrawing,hardwarestructureandsoftwaresystem.Itbaseson51microcomputersystemandincludedothermodels,suchasdedicatedA/DconverterchipHX711convertedthesmallchangesinvoltageinto24-bitserialA/DconvertingchipHX711convertedthesmallchangesinvoltageinto24-bitserialdigitalsignals,LCDprocessedthesignals,lastlythedigitaltubedisplayedtheoutput.HX711isspecialforA/Dconverter.MoreoverithashigherresolutionandoccupieslessI/Oports.Importantly,itsinterfacingwithperipheralcircuitsissimple.So,designscheme,issimpleandfeasibletocompletethedesignrequirements.Keywords：Weightingdevice;HX711;YZC-1B;SinglechipcomputerClassification:TP216.目次TOC\o"1-3"\h\u摘要 IAbstract II目次 III1绪论 11.1选题的背景与意义 11.2课题的研究现状和开展概况 11.3课题的研究目标、主要工作及方案 22总体方案设计及硬件的选型 42.1总体方案设计 42.2传感器与数据采集模块硬件的选型 42.3单片机与显示局部的硬件选型 92.4USB转串口模块 112.5本章小结 123电路的硬件设计及电路 133.1单片机电路 133.2A/D转换模块电路设计 143.3系统显示局部电路设计 143.4串口转USB通讯 153.5本章小结 164系统软件设计 174.1数据处理 174.2串口助手的应用 174.3HX711的读取 184.4本章小结 195实验结果与数据分析 205.1系统的调试 205.2系统流程 205.3实验结果分析 206总结 226.1总结 226.2体会 22参考文献 23附录A参考程序 24附录B电路图 34附录C实物图 35作者简介 36学位论文数据集 37 1绪论一直以来，称重技术就很受人们的关注。称重设备也越来越普及。电子称重设备取代机械称重设备是科学技术开展的必然规律。低本钱、高智能化的称重设备毫无疑问地具有极其广阔的市场前景。如今，电子产品变得越来越丰富，给人们带来很多很多的方便，其中，称重设备成了人们生活中不可缺少的一局部。1.1选题的背景与意义在这科技日益兴旺的社会里，蒸汽熨斗成为了人们越来越离不开的生活用品了。然后，判断一个蒸汽熨斗的质量好坏，有很多不同的指标，例如，蒸汽量、电源工作电压、温度、出汽量等等。出汽量是一个非常重要的指标。出汽量是指，当蒸汽熨斗按下时，蒸汽熨斗所喷出的气体量。本次设计，我们就是采用称重技术去测量蒸汽量。在第二次世界大战后，随着经济逐渐变得繁荣，为了把称重技术引入生产工艺过程中去，并且也对称重技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术不断渗透进入电子衡器行业。早在60年代，人们所使用带有新式打印机的倾斜杠杆式称，其输出的信号能控制商用结算器。在70年代初期，一些人士研制出了可以与衡器相连的专门称重值打印机。在当时，但凡与称量有关的，比方，显示、记录、远传式的控制等功能都是采用电子方式的。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成局部。随着沉重传感器和各项传感器性能的不断突破，为电子称的开展奠定了根底。国外如美国、西欧等一些国家在20世纪60年代就出现了0.1%称量度的电子秤，并在70年代中期约对75%的机械称进行了机电结合时的电子改造。随着称重传感器技术以及超大规模继承电路和微处理的进一步开展，电子称重技术及应用范围将更进一步开展，并被人们越来越重视。1.2课题的研究现状和开展概况中国是电熨斗生产和出口的第一大国，2021年中国电熨斗出口量累计已超过1亿台。未来有继续增长的趋势。尽管我国生产的电熨斗畅销世界各地，然而绝大多数企业都是以OEM的形式在生产，品牌拓展方面仍然较弱，即使在国内电熨斗市场，外资品牌也几乎占据了半壁江山。中国电熨斗产品80%—90%是用于出口，满足海外市场的需求。灿坤、卓力等电熨斗企业在满足国内消费需求的同时，很大局部是为国外品牌进行贴牌生产，从而在最大程度上利用产能，实现生产规模效应。与中国市场缺乏千万台的销量相比，海外市场为电熨斗生产企业[14]提供了更为广阔的舞台。贴牌生产虽然可以消化庞大产能，但利润率却低得可怜。据统计，一些国产品牌电熨斗产品虽然销量排名也比拟靠前，但价格只有近百元，而飞利浦电熨斗的均价那么在200元以上。很明显，国内电熨斗品牌普遍将自己的产品定位于中低端市场。研究的电熨斗的底板上有假设干喷汽孔，在底板和加热元件上设有一只密封不漏汽的蓄水罐，蓄水罐的进水口设在手柄的前端，出汽管与蓄水罐相通，在出汽管上设有阀门，由手柄上的按钮控制喷汽或停止喷汽。电热元件通电加热底板的同时，也将水罐中的水加热，水受热沸腾后汽化而产生蒸汽。水蒸气由管道引至底板上的喷汽孔喷出，使被熨衣物被水蒸汽润湿。蓄水器的后半部与底板别离，不需喷汽时，只需竖起熨斗，蓄水罐内的水就停止受热而节省热量。1.3课题的研究目标、主要工作及方案主要研究目标位蒸汽熨斗出汽量时蒸汽熨斗质量的一个重要指标，当每按下蒸汽熨斗的按键时，蒸汽熨斗喷出的蒸汽越多，那么越好。国产的蒸汽熨斗每次喷出的蒸汽大约为60g左右，而飞利浦为80g。假设喷出的蒸汽质量低于60g时，那么为不合格。测蒸汽熨斗出汽量可使用流量计或者称重装置。有以下两种方案：方案一在使用流量计测蒸汽的流量时，因为蒸汽是一种相比照拟特殊的介质。在市面上能检测蒸汽的流量计品种十分繁多，主要是以速度式与容积流量计最为普遍，他们共同点是只能连续测定工况下的体积流量，但是，体积流量又是状态的函数，工作状态下的体积流量不能确切地表示实际流量[1]。因此，用流量计测蒸汽流量不准确是普遍存在的问题，其主要原因分析如下：过热蒸汽蒸汽是一种相比照拟特殊的介质，通常情况下所说的蒸汽是指过热蒸汽。过热蒸汽是常见的动力能源。过热蒸汽是由饱和蒸汽加热升温获得。其中绝不含液滴或滴雾，属于实际气体[1]。经过较长距离的输送状况下，那么过热蒸汽将会随着工况〔如温度、压力〕的变化特别是在热度不高的情况下，因为热量损失温度下降导致了从过热状态进入饱和或者过饱和状态，转变成为表盒蒸汽或带有水滴的过饱和蒸汽。饱和蒸汽突然大幅度减压，液体出现绝热膨胀时也会转变成为过热蒸汽，这样就形成汽液两相流的介质。饱和蒸汽饱和蒸汽是指未经过热处理的蒸汽。它是无色、无味并且不能燃烧的无腐蚀性的气体。饱和蒸汽非常容易凝结，如果在传输过程中有任何热量损失，那么蒸汽中便会形成液滴或者液雾，且导致温度与压力的降低。含有液滴或者液雾的蒸汽称为湿蒸汽。严格来说，饱和蒸汽多多少少都含会有液滴或者液雾的双相流体，所以，不同状态下不能用同一气体状态方程式来描述。准确地测量饱和蒸汽流量相对十分困难，因为，饱和蒸汽的干度难以保证，一般流量计都不能准确检测双相流体的流量，蒸汽压力波动将引起蒸汽密度的变化，流量计示值产生附加误差。所以，在蒸汽计量中，必须设法保持测量点处蒸汽的干度以满足要求，必要时还应采取补偿措施，实现准确的测量。方案二用称重装置测量蒸汽熨斗出汽量时，蒸汽减少的量通过重量反映在称重装置上，称重装置测得的数值便是其蒸汽减少的重量，原理十清楚了，该方法简单，实现方便。相比照与流量计，称重装置具有实现简单，维护费用低等优点。因此，本设计采用称重测试装置测出汽量。主要工作为以单片机STC89C52为控制核心，实现称重装置的根本称重功能。该系统可以分为单片机最小系统、数据采集系统、电源系统，显示局部。单片机最小系统主要包括STC89C52单片机电路和经典复位电路；数据采集局部由称重传感器和A/D转换局部组成，信号放大和A/D转换局部主要由专用型高精度24位A/D转换芯片HX711实现；显示局部主要由1602液晶显示器组成，可以方便数据的显示与读取。

2总体方案设计及硬件的选型2.1总体方案设计结合所学的知识，通过查找资料和论证，可通过以下方案来实现课题要求实现指标，如图2.1示：图2.1.总体方案设计图此方案的主要思路为，先通过数据采集，经过A/D转换，再到单片机处理，最后由LCD来显示。此方案设计出来的称重系统，硬件局部只有简单的输入与输出关系，在显示方面用LCD显示那么可以简化电路设计的工作量，在编程时，也可大大减少编程量。因此这个设计方案十分符合设计要求。该系统的设计原理为，系统通过称重传感器将所感应到的重力转成为电信号，即此原理为在传感器内部的电阻应变片感应到重力，其电阻的阻值将会发生变化，通过全桥式测量电路将会将电阻阻值的变化转化成电压信号的变化，通过A/D转换对电压信号进行调整并且采集，再由单片机进行处理，单片机处理之后，把数字信号送到显示电路中去，有显示电路输出测定的结果。整个系统实现的功能是，由传感器采集数据，并进行数据转换，传送到单片机由单片机进行处理，单片机处理之后的，由显示器进行显示。但是，对于称重测试装置的功能，最终需要进行程序设计，其线性度确实定，需要对程序进行反复修改，在屡次修改之后，才能到达设计的要求，完成设计任务。2.2传感器与数据采集模块硬件的选型A/D转换器的主要性能指标：〔1〕分辨率分辨率所反映的转换器所能分辨的被测量的最小值，通常用输出的二进制代码为数来表示。精度精度是指相转换结果对于实际值的偏差，精度有两种表示方法绝对精度：用二进制最低位〔LSB〕的倍数来表示。相对精度：用绝对精度除以满量程值的百分数来表示[13]。应当指出，分辨率与精度是两个不同的概念。分辨率相同的A/D转换器但是其精度却有很大可能不同。量程量程是指输入模拟电压的变化范围。线性度误差[13]理想转化器的特性是呈线性变化，即模拟量输入与数字量输入成线性关系。线性度误差是指转化器实际的模拟数字转换关系与理想的直线关系不同而出现的误差，通常用多少LSB表示[13]。转换时间从发出启动转换开始直至获得稳定的二进制代码所需的时间称为转换时间。转换时间与转换器工作原理及其位数有关。同种工作原理的转换器，通常位数越多，其转换时间越长。结合系统的设计要求考虑到单片机I/O接口资源紧张等因素，最终确定选用专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转化器芯片HX711。HX711是一款专门为称重设计的高精度的24位A/D转换芯片。相较与其他同类型的芯片，改芯片集成了包括片内始终振荡器、稳压电压等其他同类型芯片所需要的外围电路，其优点有：响应速度快、抗干扰性强、集成度高等。那么这些优点似的称重测试装置的整机本钱降低了，同时，提高了整机的性能与可靠性。由于该芯片与后端MCU芯片的接口简单，且管脚驱动所有的控制信号，编程简单，且无语对芯片内部的存放器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，并且与单片机内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额差分输入信号幅值为或。通道B的可编程增益为64，可用于检测系统参数。外部传感器和芯片内的A/D转换器的电源可以由芯片内的稳压电源直接提供。系统板上无需任何另外的模拟电源。其时钟振荡器无需接任何器件。并且商店自动复位的功能简化了开机的初始化过程。，断电电流：<1，工作电压范围：2.6~5.5V；〔10〕工作温度范围：-20~+85℃。HX711芯片的管脚说明如图2.2所示：图2.2.HX711管脚说明表2.1.管脚描述管脚号号称性能描述1VSUP电源稳压电路供电电源：〔不用稳压电路时应接AVDD〕2BASE模拟输出稳压电路控制输出〔不用稳压电路时为无连接〕3AVDD电源4VFB模拟输入稳压电路控制输入〔不用稳压电路时应接地〕5AGND地模拟地6VBG模拟输出参考电源输出7INA模拟输入通道A负输入端8INA+模拟输入通道A正输入端9INB模拟输入通道B负输入端10INB+模拟输入通道B正输入端11PD_SCK数字输入断电控制〔高电平有效〕和串口时钟输入12DOUT数字输出串口数据输出13X0数字输入输出晶振输入〔不用晶振时为无连接〕14X1数字输入外部时钟或晶振输入，0：使用片内振荡器15RATE数字输入输出数据速率控制，0：10Hz；1:80Hz16DVDD电源HX711典型应用电路如图2.3所示。图2.3.HX711典型应用电路传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性。其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。灵敏度灵敏度是称重传感器的一个重要指标，在我们选择传感器使用时，这个指标会直接影响到我们的使用的。典型值是20.002(mv/v)，其实他的意思是，在传感器收到额定的拉力〔如果满量程是100kg的，它的额定拉力就是200kg〕作用下，在鼓励电压是1V的情况下，它的两个输出端会有2mv的压力变化。当然，在实际工作时，鼓励电压会大于1v，一般为10v到12v。我们在选择传感器的时候，往往是三个或四个同时并联使用的，必须要求每个传感器的灵敏度要相同时才能使用。如果不相同会使称重装置不准确。总误差总误差的定义为输出误差和额定误差的比值。典型的称重装置总误差的指标大概是0.02%，它限制了使用理想信号调节电路所能到达的精确度，这一技术指标相当重要。漂移在当前常用的称重传感器有压电式传感器、电阻式传感器、电容式传感器。称重传感器也产生与时间相关的漂移。选用时应按稳定性、精度、寿命和安装环境要求考了，其主要特点如下：〔1〕电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度比拟高，寿命比拟短，对环境要求严格，不易长距离的传输。〔2〕压电式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命长，但是，大量程的压力传感器尚需进一步研究。〔3〕电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度比拟高，寿命比拟长，对测量环境要求不大严格。综上所述，我们选择电阻应变式压力传感器，根据要求，称重范围是0~10Kg，我们选用型号为YZC-1B传感器，量程10Kg，可以满足我们的精度要求。电阻应变式传感器测量原理如下列图所示。图2.4.电阻应变式传感器测量原理当垂直的正压力P作用于悬臂梁上时，那么悬臂梁会产生形变，电阻应变片R1、R3受到压弯拉伸时，阻值增加；电阻应变片R2、R4受压缩时，阻值便减小。当电桥失去平衡时，将会产生不平衡电压。不平衡电压与作用在传感器上的载荷P成正比，从而将非电量转化成电量的输出。R1、R2、R3和R4组成惠更斯电桥，将2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压。如图2.4所示：图2.5.桥式测量电路图本设计的测量电路采用的是最常见的桥式测量电路见图〔2.4〕，用到的是电阻应变式传感器半桥式测量电路。这种压力传感器的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导师弹性梁应变而产生的变化。即传感器输出电压的变化反映出重力的变化。电桥的输出电压可由式〔2.1〕表示。〔2.1〕式〔2.1〕说明电桥的输出电压V和四个乔布的应变片感受的应变量的代数和成正比。2.3单片机与显示局部的硬件选型STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟、机器周期<1T>的单片机，是低功耗、高速、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码是完全兼容传统8051，但是，速度快8~12倍，内部集成MAX810专用复位电路。STC89C52单片机特点：〔1〕增强型8051CPU,1T,单片机/机器周期，指令代码是完全兼容于传统单片机8051；〔2〕工作电压：5.5V-3.5V〔5V单片机〕；〔3〕工作频率范围：0~40MHz，相当于普通8051的0~80MHz；〔4〕用户可采用的应用程序空间为4K/8K/16K/32K/64K字节；〔5〕片上集成1280字节RAM；〔6〕通用I/O〔32/36个〕，复位后为准双向口/弱上拉〔普通8051传统I/O口〕；〔7〕ISP〔在系统可编程〕/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器/仿真器。〔8〕每个I/O口驱动能力均到达20mA，但整个芯片最大不要超过120mA；〔9〕可通过串口〔P3.0/P3.1〕直接下载用户程序，数秒即可完成一片[12]；〔10〕有EEPROM功能；〔11〕看门狗；〔12〕内部集成MAX810专用复位电路〔外部晶体12M以下时，复位脚可直接1电阻到地〕；〔13〕时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器；〔14〕用户在下载程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体时钟；〔15〕在常温下，内部R/C振荡器的频率为5.0V单片机为：11MHz~17MHz；〔16〕外部中断I/O口4路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升中断的PCA模块，PowerDown模式可由外部中断唤醒；〔17〕通用全双工异步串行口〔UART〕；〔18〕工作温度范围：-40~85℃〔工业级〕/0~75℃〔商业级〕；〔19〕封装：PDIP-40，PLCC-44[12]。STC89C52单片机管脚及封装STC89C52单片机有多种封装形式，本设计中选用40DIP封装其管脚定义如图3所示：图2.5.STC89C52管脚图方案一数码管显示数码管是一种发光器件，他的材料是半导体的。根本组成单元为发光二极管。数码管可按段数来分，分为七段数码管与八段数码管。因此，八段数码管与七段数码管相比，其差异在于，八段数码管多一个二极管单元〔多一个小数点的显示〕；数码管的分类方式很多，按照能够显示“8〞的个数，那么可分为1位、2位、4为等数码管；按照发光二极管的单元连接方式，那么可分为共阴极与共阳极数码管。共阳极数码管为所有发光二极管的阳极接到一起形成了公共阳极〔COM〕的数码管。由于数码管显示信息有限，当我们需要显示较多的信息量时，那么需要多个数码管级联，但是，这样会造成硬件复杂，并且本钱相对增加；而且，数码管对大多数字符不能很好的显示，在动态扫描过程中，处理不好十分容易出现闪烁现象[9]。方案二LCD字符液晶显示器在设计装置中，采用LCD液晶显示，LCD是点阵字符型的，他的优点是体积小、显示内容丰富、功耗低等。当前的字符型液晶显示模块成为在设计单片机单片机应用中使用率最高的显示器件。LCD1602的工作电压为5V，数据总线是8位D0~D7，有三个控制端口：RS、R/W、EN，并且可以显示2行16个字符。具体引脚说明如下表所示：表2.2.LCD1602液晶显示器引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2DataI/O2VDD电源正极10D3DataI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DataI/O4RS数据/命令选择端〔H/L〕12D5DataI/O5R/W读/写选择端〔H/L〕13D6DataI/O6E使能信号14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正极8D1DataI/O16BLK背光源负极LCD1602液晶模块内部具有字符发生存储器，在该存储器内已经存储了160个不同的点阵字符图形，如表2.2所示，他所存储的字符包括：英文字母的大小写、阿拉伯数字等，没有任何一个字符有一个固定的代码，其读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的[9]。最后，综合了多方面的因素考虑采用方案二，那么选择了LCD1602显示器作为系统的显示界面。2.4USB转串口模块对于一些学校、工业、科研客户来说，电脑的串口和电脑端软件连接，很多电路模块可以非常直观方便地利用串口调试软件进行调试，很多仪器必须通过串口通讯和数据交换。但是目前笔记本电脑因为空间的小指和其他方面考虑的原因都没有串口，甚至一些台式电脑也取消了串口配置，这让我们迫切需要串口的客户非常苦恼。USB转串口模块全称为USBtoserialportmodule，他可以将USB接口虚拟成一个串口，解决客户无串口的苦恼。现在市面上的USB转串口的设备可谓是琳琅满目，质量也参差不急。造成这种现象的根本原因在于控制芯片的不同。现在USB转串口桥接芯片很多，比方CP2102、FT232、PL2303等等。但并非每一种芯片都可以用作ISP下载。经过测试CP2102是不能下载的，而FT232可以下载，但其价格实在不菲。最为时钟的就是台湾生产的PL2303，可以稳定下载，并可以支持很多种操作系统。图2.6.USB模块如图示，这是PL2303芯片开发的USB转串口模块，电路板只有30*16*7毫米，模块一共引出5根脚，引脚电平为TTL,引脚定义如下：+5V、P3.0TXD、P3.1RXD、GND地线、+3.3V。其中+5V和3.3V电源输出线一般情况下都不用的，不需要连接。PL2303应用如下列图：图2.7.PL2303应用2.5本章小结本章主要介绍了设计方案以及各模块元器件的选型。与其他同种类型的元器件相比照，最终确定以上型号，能更好更方便地实现该装置的称重功能，以及这些型号的元器件能够到达所要求的精度。3电路的硬件设计及电路3.1单片机电路单片机上电时，当振荡器正在运行时，只要持续给出RST引脚两个机器周期的高电平，便可完成系统复位。外部复位电路是为提供两个机器周期以上的高电平设计的。系统采用上电自动复位，上电瞬间电容器上的电压不能突变，RST上的电压时VCC上的电压与电容器上的电压之差，因而RST上的电压与VCC上的电压相同。随着充电的进行，电容器上的电压不断上升，RST上的电压与VCC上的电压相同。随着充电的进行，电容器上的电压不断上升，RST上的电压随着下降，RST叫上只要保持10ms以上高电平，系统就会有效复位。电容C可取10~33uF，R取19。STC89C52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端，外接石英晶体或陶瓷振荡器以及补偿电容C2、C3并构成并联谐振电路。当外接石英晶体时，电容C2、C3选3010pF；当外接陶瓷振荡器时，电容C2、C3选用40pF10pF。STC89C52系统中晶振频率一般在1.2~12MHz选择。外接电容C2、C3的大小会影响振荡器频率的上下、震荡频率的稳定度、起振时间及温度稳定性。在设计电路板时，晶振和电容应靠近单片机，以便减少寄生电容，保证振荡器稳定可靠工作。在本系统中，选择了11.0562MHz石英，电容为33pF。其电路图如题3.1所示。图3.1.单片机及外围电路A/D转换模块电路设计在A/D转换器中，输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号时离散量。所以，进行转换时，必须在一些了选定的瞬间对模拟信号采样，然后再把该取样值用二进制数表示出来。由于将采样值再用二进制表示出来需要一定的时间，因此，模拟量在采样之后还必须要保持、量化和编码等过程。所以，A/D转换过程一般要四部：采样、保持、量化和编码。其电路设计图如图3.2所示：图3.2.HX711模块设计3.3系统显示局部电路设计图3.3.液晶显示电路1脚和2脚为液晶1602地和电源引脚，3脚为背光调节引脚，通过10K电位器接地，背光可通过电位器来调节亮度；4脚、5脚、6脚为液晶片选控制引脚，分别连接到单片机的P2.5、P2.6、P2.7端口。7~14脚为数据接口，与单片机P1口相连实现数据的传输，15、16脚为液晶的背光控制脚，分别连接到电源和地线。3.4串口转USB通讯本设计采用USB转串口通讯，主要的设计电路图如下列图所示图3.4.串口转USB通讯电路图3.5本章小结本章的主要内容是关于该设计的各个模块。这些模块分别为，单片机电路，A/D转换模块，系统显示局部电路以及USB串口通讯模块。并且给出了每个模块的电路图的设计。4系统软件设计4.1数据处理测量精度和可靠性是称重系统设计的关键，引入软件数据处理技术，可以克服或弥补包括传感器在内的各测量环节，硬件本身的缺陷或者弱点，使原来靠硬件电路难以实现的信号处理得到解决，提高电子称的综合性能。在电子称重系统中，主要的数据处理技术有：无效物理量的消除、校零处理、数字滤波技术等。在称重系统中，称重传感器输出的信号是支架与A/D转换后的信号，实际所要测量的是被测量物体的重量，因此支架的量是无效的，在信号处理过程中要用软件方法来消除。本设计主要在程序中已减去支架重量。4.2串口助手的应用为实现本设计的数据采集，特此安装了串口助手。穿口助手主要功能有〔1〕自动搜索串口，并翻开串口；〔2〕接受数据可以进行十六进制和ASCII切换〔3〕接受数据时，光标始终显示在最后一行；〔4〕可以以十六进制或ASCII格式，像制定串口发送数据；(5)定时发送数据；〔6〕自动记录上次操作参数，如串口号、波特率等，是一个很好而小巧的出口调试助手，支持常用的300~115200bps波特率，能设计校验、数据位和停止位ASCII码或十六进制收发或发送任何数据或字符〔包括中文〕，可以任意设定自动发送周期，并能将接受数据保存成文本文件，能发送任意大小的文本文件。其运行框图如下列图所示:图3.5.串口助手显示窗口4.3HX711的读取HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换芯片。与其他同类型的芯片相比拟，他包含了稳压电源、片内时钟振荡器等其他同类型所需要的外围电路。其读取HX711的程序主要如下unsignedlongReadcount(void){ unsignedlongcount; unsignedchari; ADDO=1; ADSK=0; count=0; //while(ADDO); for(i=0;i<24;i++) { ADSK=1; count=count<<1; ADSK=0; if(ADDO)count++; } ADSK=1; count=count^0x800000; ADSK=0; return(count);}4.4本章小结本章主要介绍了C语言在单片机中的应用，数据处理，串口助手的应用以及HX711的读取。并且，给出了软件设计的程序框图和根据实际情况写出了程序代码。

5实验结果与数据分析5.1系统的调试电路板实物做完以后，接下来的工作就是调试。这是理论指导实践最重要的一步。调试工作需要耐心与恒心。所以在调试过程中必须保持冷静的头脑，较强的电路分析能力。一个系统的调试需要软硬件结合调试。在软硬件结合调试的过程中所遇到的问题：〔1〕电子电路的设计中对各种影响因素的考虑不够完全，比方在对过电压情况的处理中未作防范措施。〔2〕系统设计不够优化，有待改善。〔3〕没有扩展更多功能。〔4〕对各种实用芯片价格了解不多，选择上欠缺考虑。这些都为我今后的学习和工作留下了积极的影响。5.2系统流程系统软件的流程图主要如图示：图5.1.系统流程图 该流程图主要说明了程序执行时，先初始化，在对LCD清零，在LCD清零之后，启动A/D模块，对数据进行处理，之后再到LCD显示。该流程清楚地显示了程序执行的过程，简单明了。5.3实验结果分析由于所采用的传感器灵敏度很高，如果传感器在水平方向固定的不是很好会存在一定的误差。另外传感器的引线也很灵敏，稍微触动一下，也会产生误差。其数据如图5.1示：图5.2.线性测试曲线单位〔g〕表5.1.实验数据砝码质量g01002004005006001000显示值g41042024065026041014砝码质量g1200150020002200250030004000显示值g1210150420212210250130094004砝码质量g500051005200550060007000显示值g501051075210550560047009以上是对称重装置的测试数据，该数据结果显示，该称重装置呈线性变化。由此可以证明该称重装置的称重功能已经很好的实现，并完成了设计的要求。5.4本章小结本章主要介绍了对称重测试装置做了实验，并且对实验的结果进行了总结与分析。该实验装置存在一定的误差，但是，并不影响实际的应用。此装置呈线性变化。因此，本次设计成功得完成了设计要求。6总结6.1总结本文采用了STC89C52单片机，去设计称重测试系统，同时，采用HX711芯片的A/D转换模块，不但在硬件上面减少了工作量，同时，在软件方便也大大减少了编程量。在设计出来的称重测试系统里，无论是计量精度，还是稳定精度，都十分满足设计要求。同时，通过硬件的少量扩展和软件的修改，设计出性能优越的称重设计。下面就称重设备软件组成局部展望一下他的开展：在整个毕业设计过程中，我对大学四年所学的只是有了一个系统的认识和理解，尤其是对本课题所用到的单片机及其相关只是有了进一步的掌握，对利用单片机进行控制系统的设计与开发又及对系统的分析和问题的解决有了切身的认识和体会，正所谓学以致用，在此实践过程中增长了只是，并且，丰富了经验，提高了自身解决问题的能力。系统的分析与设计过程是对学习的总结过程，更是进一步的学习和求知探索的过程。控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程，必须十分严格地按照系统分析设计、系统实施、系统运行与调试的过程来进行。系统的分析和设计是一项十分辛苦的工作，但是，同时也是一个充满了乐趣的过程，在设计的过程中，要一边学习，一边实践，遇到新的问题就不断探索和努力即可使问题得到解决。理论和实际必须紧密结合，在设计中药针对不同的系统根据理论给予不同的方案，综合考虑各方面的因素和需要，选择出最正确方案和结论。本课题软件和硬件相结合，有一定的难度，同时也有很大的实用性。在做毕业设计的过程中，我的理论水平和实践水平都有了非常大的提高。同时，我熟练上我了单片机硬件设计和接口技术，同时对称重传感器的原理及应用都有了一定的了解，掌握了各种控制电路及相关元器件的使用。通过这次毕业设计，我不仅学会了如何将所学专业知识运用到实际生活中，还学会如何克服位置的困难，解决难题的方法。6.2体会毕业设计终于结束了，毕业设计的结束也意味着我的大学生涯也结束了。毕业设计不仅仅是大四这一年的一个任务，更是对我大学四年的学习生涯的一个总结。在毕业设计的过程中，稳固了我对单片机与C语言编程方面的只是，并提高了程序调试的能力。在此同时，我了解了很多其他相关领域的只是，这对我将来的学习以及工作有很大的帮助。由于时间仓促，经验缺乏，理论方面也相应的存在缺乏，加上条件有限，仍存在着一些设计方面的问题，个人技能也有待提高。理论只是还要稳固加油。但是珍贵的时间经验还是对自己的提高有着极大的帮助。参考文献[1]鲁卫华．关于蒸汽流量测量的讨论[J]．自动化综合技术，2003，03(043)：43~45．[2]强金铖．阳光输送机中自动跟踪系统的研制[D]．陕西科技大学，2021：21~22．[3]吴玉林，方鹏斌，严黎华．简易数字电子称的设计[J]．咸宁学院学报，2021,；30〔12〕：10~12．[4]程飞．基于AT89C2051单片机的电子秤设计[J].电脑知识与技术，2021；30〔02〕：8548~8554．[5]李金钟，赵欣，2李敬民．运用C语言对串口进行操作[J]．.唐山师范学院学报，2005，27〔05〕；93~95．[6]章津楠，张长胜，郭清成．一种简单方法实现基于STC89C52RC单片机的频率计[J]．福建电脑，2021，01：106~110．[7]王喜英，关于蒸汽流量的测量[J].计量与测试技术，2021；36〔06〕：43~46．[8]熊翼．对武汉石化厂蒸汽流量测量准确度问题的分析[J]，石油工程建设，2021,37(05)：77~82．[9]周正华，唐宁．液晶显示模块RT1602C与FPGA接口技术[J]，2021；19(03)：110~111．[10]王宪男．基于ARM7的动态称重系统研究[D]，2021：19~20．[11]张会云．关于蒸汽流量测量的讨论[J]，科技论坛，2021〔33〕：33．[12]傅铮．无线传感器网络节点模块的设计与实现[D]，华中科技大学，2021：20~21．[13]易大川．非集成化智传感器系统电磁兼容技术研究[D]，电子科技大学，2007：18．[14]张国元．电熨斗行业：宁静中孕育着成熟[J]，电器，2007(06)：38~40．[15]IntegratedCircuitsDataHandbook80C51-based8-bitmicrocontrollersPhilips.1992．[16]AdelS.Sedra.KennethC.Smith:MicroelectronicCircuits.3rdEdition.HoltRinehartandWinston,Inc.,1991．附录A参考程序程序源代码#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//这三个引脚参考资料sbitE=P2^7; //1602使能引脚sbitRW=P2^6; //1602读写引脚 sbitRS=P2^5; //1602数据/命令选择引脚sbitADDO=P1^0;sbitADSK=P1^1;//称重变量定义unsignedlongFullScale; //初始值unsignedlongAdVal; //AD的读取值unsignedlongweight=0; //重量ucharBuffer[10]; //所要发送的数据uintFlagTest=0; //1秒测一次重量uintmstcnt=0;uintseconde=0;/**************名词：Readcount()功能：读HX711的值*******************/unsignedlongReadcount(void){ unsignedlongcount; unsignedchari; ADDO=1; ADSK=0; count=0; //while(ADDO); for(i=0;i<24;i++) { ADSK=1; count=count<<1; ADSK=0; if(ADDO)count++; } ADSK=1; count=count^0x800000; ADSK=0; return(count);}/**************************名词：ToZero()功能：找零点**************************/voidToZero(void){ FullScale=Readcount()/1000; }/*********************************************************************名称:delay()*功能:延时,延时时间大概为140US。*输入:无*输出:无***********************************************************************/voiddelay(){ inti,j; for(i=0;i<=100;i++) for(j=0;j<=20;j++);}/*********************************************************************名称:enable(uchardel)*功能:1602命令函数*输入:输入的命令值*输出:无***********************************************************************/voidenable(uchardel){ P0=del; RS=0; RW=0; E=0; delay(); E=1; delay();}/*********************************************************************名称:write(uchardel)*功能:1602写数据函数*输入:需要写入1602的数据*输出:无***********************************************************************/voidwrite(uchardel){ P0=del; RS=1; RW=0; E=0; delay(); E=1; delay();}/*********************************************************************名称:L1602_init()*功能:1602初始化，请参考1602的资料*输入:无*输出:无***********************************************************************/voidL1602_init(void){ enable(0x01); enable(0x38); enable(0x0c); enable(0x06); enable(0xd0);}/*********************************************************************名称:L1602_char(ucharhang,ucharlie,charsign)*功能:改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个字符显示"b"，调用该函数如下 L1602_char(1,5,'b')*输入:行，列，需要输入1602的数据*输出:无***********************************************************************/voidL1602_char(ucharhang,ucharlie,charsign){ uchara; if(hang==1)a=0x80; if(hang==2)a=0xc0; a=a+lie-1; enable(a); write(sign);}/*********************************************************************名称:L1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p)*功能:改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个字符开始显示"abcdef"，调用该函数如下 L1602_string(1,5,"abcdef;")*输入:行，列，需要输入1602的数据*输出:无***********************************************************************/voidL1602_string(ucharhang,ucharlie,uchar*p){ uchara; if(hang==1)a=0x80; if(hang==2)a=0xc0; a=a+lie-1; enable(a); while(1) { if(*p=='\0')break; write(*p); p++; }}/****************************名称：display()*功能:1602显示***************************/voiddisplay(void){ unsignedlongtemp=weight*2.255639098-29; //传感器读数变化1，对应的重量变化2.255639098g uintm=1,i; while(temp/10) { temp=temp/10; m++; } temp=weight*2.255639098-29; for(i=1;i<=(14-m);i++)