基于STM32的电子秤

基于STM32的电子秤目 录目 录 2绪论 1电子秤系统的概况 2电子秤的发展史 2电子秤应用范围 2电子秤的研究动态 2电子秤的工作原理 3电子秤性能及技术要求 3工作原理 3基本结构 3电子秤的硬件设计 5信号采集电路 5单片机控制系统 11显示与语音播报电路 15显示电路 15语音播报电路 16低压报警电路 19电子秤控制系统的软件设计 20主程序设计 20主程序设计思路 20主程序工作原理 22主程序流程框图 22系统初始化 22ICL7109的初始化 25A/D转换结果处理程序 25A/D转换过程 25采样数据处理 26主程序 29语音播报程序 30主程序设计思路 20主程序设计原理 22主程序流程框图 22系统初始化 22STM32的初始化 25A/D转换结果处理程序 25A/D转换过程 25采样数据处理 26主程序 29语音播报程序 305 结论 31参考文献 33致 谢 34PAGEPAGE31绪论随着科学技术和经济的发展，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重使得称重装置变成为电子仪器。它的特点是：精确、智能、方便、明了、可靠，克服了传统的杆秤、盘秤不精确、速度慢、易作弊等缺点。称重技术的突破是微处理机的应用。称重技术的这种发展是由于不仅要求获得静态称重数据，而且进一步要求称重工作的自动化，实现快速称量，以及测量各种动态参数，提高测量精度和各种数据的及时处理。这些精度、速度、性能和功能方面的要求是传统的机械测量系统无法满足的。也就是说，这种技术发展中的突破是必然的结果。80机，单片机的发展和计算机软件的开发，产品价格的下降、电子秤重装置在技术上的优势；多功能、高精度、操作方便等，使得不仅实验室的传统称量装置已被电子称重装置所取代，这种趋势已经扩展到工业和其他领域。本系统是针对自动称重、测量身高进行了研究的。讲述了用单片机控制A/D转换、数据处理和数据显示，对如何实现数据处理、A/D采样进行研究。着重讨论了数据处理问题，结果表明利用软件实现一系列功能使的性能价格比达最优。设计特别适用于测量精度要求较高的场合,具有较高的实用价值和推广价值。本课题本着电子秤向高精度、高可靠方向研究,而且向多种功能的方向发展的思想，主要对电子秤一些简单功能进行了研究。今后,随着电子高科技的飞速发展,电子秤技术的发展定将日新月异。同时,功能更加齐全的高精度的先进电子秤将会不断问世,其应用范围也会更加拓宽。电子秤系统的概况随着自动化测量技术的不断发展，传统的称重系统在功能、精度、智能化、性价A/D显示器等组成，具有结构简单，成本低，精度高等优点。电子秤的发展史早在20世纪80年代，美国、德国等工业发达国家，就开始了数字式称重传感器和数字称重系统的预先研究和初期开发工作，经过十余年的努力，推出了多种数字式智和数字称重系统的发展。我国数字式智能称重传感器的研究开发始于20世纪90开发整体型数字式智能称重传感器和分离型模块化数字称重传感器系统，已经取得了阶段性成果。电子秤应用范围随着科学技术和经济的发展，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越来越高。智能电子秤正是利用它精确、智能、方便、明了、可靠的特点，广泛应用在商业、企业、日常生活等各个领域。电子秤的研究动态称重技术的突破是微处理机的应用。称重技术的这种发展是由于不仅要求获得静态称重数据，而且进一步要求称重工作的自动化，实现快速称量，以及测量各种动态参数，提高测量精度和各种数据的及时处理。这些精度、速度、性能和功能方面的要求是传统的机械测量系统无法满足的，这种技术发展中的突破是必然的结果。电子秤的工作原理电子秤性能及技术要求50（2）低电压报警；(3)工作原理STM32STM32A/D报电路、低压报警电路等组成。A/DSTM32基本结构该系统采用应变片式传感器进行测量，得出模拟信号；再进行放大和模数转换，然后送入单片机行处理。基本结构（2.1）由称重传感器模块、A/D号放大模块、显示模块、语音播报模块组成。该结构共分五大部分，即信号采集部分：利用称重传感器获取外部重量信息以及超声波测距仪的信息；信号放大部分；模数转换部分：利用A/D转换器把输入的模拟信号转换成数字信号以送到单片机进行处理；单片机控制部分：单片机是中央控制系统，它接受外部送进的各种数据和控制信息，通过运算和处理，然后送到外部以实现显示等需要；人机接口部分：人机联系部件有语音播报、显示器等，这些部件同主机电路的连接是由人机接口电路来完成的。人机接口技术是智能仪表和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一。前模单置数片放转机大换传感器传感器称接口显示重传称接口显示重传语音播报感电子秤的硬件设计信号采集电路要达到设计的性能要求，传感器的精度起着决定性作用。本设计选用应用于称重系统90％以上的高精度电阻应变式传感器。电阻应变传感器是将被测量的力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。题目要求能称人的体重，一般人的体重范围是范围40-100Kg，重量误差不大于+0.05Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重即100Kg。我们选择的是T-BX-200型传感器，量程200Kg，综合误差0.02%F.S。本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路（3.1感器半桥式测量电路。它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致弹性梁应变而产生的变化。电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发生变化。即输出电压的变化反映出重力的变化。电桥的输出电压可由公式（3.1）表示：………3.1上式说明电桥的输出电压V和四个桥臂的应变片感受的应变量的代数和成正比。图3.1 桥式测量电路5INA128………………3.2通过改变Rg的大小来改变放大器的增益。INA128构成的放大器及滤波电路RgVi1Vi26A/DICL71090～20mv500～600对高频干扰不敏感，所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。因为压力信号变化十分缓慢，所以滤波电路可以把频率做得很低。A/D转换电路。由对传感器量程和精度的分析可知，A/D0.025%以下：8位A/D精度： 200Kg/256=781.2g12位A/D精度：200Kg/4096=48.8g14位A/D精度：200Kg/16384=12.2g考虑到其他部分所带来的干扰,8A/D无法满足系统精度要求。作为一般我们12A/DA/D50HZ高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的A/D作为电子秤，系统对AD12A/DA/DICL7109。ICL7109Intersil公司生12A/D12A/DA/D转换6ICL7109。ICL710912功能，能方便的与各种微处理器相连。ICL7109的内部结构与芯片引脚功能ICL7109的内部电路有模拟电路和数字电路部分组成。模拟电路部分由模拟信号输入振荡电路、积分、比较电路以及基准电压源电路组成。ICL7109为40引脚双列直插式封装，其引脚如图3.3所示：图3.3 ICL7109的引脚分布POL： 极性输出，高电平表示ICL7109的输出信号为正。OR： 过程量状态输出，高电平表示过程量。B1~B12：三态转换结果输出，B12为最高位，B1为最低位TEST： B1~B12输出为高电平。LBEN：低电平使能端。当MODECE/LOAD低位字节（B1~B8）MODE出。HBEN：高字节使能端。当MODE和CE/LOAD均为高电平时，此信号将作为高位字节（B8~B12）以及POL，OR输出的辅助选通信号；当MODE位高电平时，此信号将作为高位字节输出而用于信号交换方式。CE/LOAD：片选端。当MODE为低电平时，它是数据输出的主选通信号，当本脚（B1~B12OR）均处于高阻状态。MODE：方式选择。当输出低电平信号时，转换器为直接输出方式。此时，可7在片选和数据使能的控制下直接读取数据。当输出高电平脉冲时，转换器处于UART方式，并在输出两个字节的数据后，返回到直接输出方式。当输入高电平时，转换器将在信号交换方式的每一转换周期的结尾输出数据。各引脚功能如下：GND： 数字地，0V。STATUS：状态输出，ICL7109转换结束时，该引脚发出转换结束信号。OSCSEL：振荡器选择。输出高电平时，采用RC振荡器；输入低电平时采用晶体振荡器。BUFOSCOUT：缓冲震荡器输出。RUN/HOLD：运行/保持输出。输入高电平，每经8192个时钟脉冲均完成一次转换。当输入低电平时，转换器将立即结束消除积分阶段并跳至自动调零阶段，从而缩短了消除积分阶段的时间，提高了转换速度。SEND：是输入信号。用于数据信号传送时的信号交换方式，以指示外部器件能够接受数据的能力。负电源，接—5V；REFUOT： 基准电压输出，一般为+2，8V；BUF： 缓冲器输出；AZ： 自动调零电容Caz连接端INT： 积分电容Cint连接端；COMMON：公共模拟端；INLO： 差分输入低端；INHI： 差分输入高端；REFIN+： 正差分基准输入端；REFCAP+：正差分电容连接端；REFCAP-：负差分电容连接端；REFIN-： 负差分基准输入端；V+： 正电源，接+5V。器件选择：在设计过程中主要选取了以下一些器件：、STM32为核心单片机;2、CD4049———六反相器；8、NE5532P：双低噪声运算放大器；、电容和电阻，导线(2)芯片介绍：NE5532P（双低噪声放大器：5nV/Hz@1kHz；、单位增益带宽...10MHz、共模抑制比...100dBdc电压增益100V/mV32V典型值，VCC±＝±18VRL＝600、高转换速度9V/us、电源电压范围宽3V±20V；SigneticsNE5532NE5532A互换(3)NE5532P:图3.6 NE5532P引脚配置图CD4049——六反相器CD40493.7CMOSTTLCD4011要适用于小电流的场合。91Y1A2Y2A3Y3A

贺1161162153144135126117108m铝995Y5A4Y4A图3.7 CD4049的引脚图10单片机控制系统该电子秤采用STM32（如图3.11）作为CPU。图3.11STM32引脚图ARM公司的高性能Cortex-M3内核1.25DMipsMHz,而ARM7TDMI只有0.95DMipsMHz一流的外设1μs的双12位ADC，4兆位秒的UART，18兆位秒的SPI，18MHz的IO转速度低功耗在72MHz时消耗36mA(所有外设处于工作状态)待机时下降到2μA最大的集成度复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等简单的结构和易用的工具参数:2V-3.6V供电;容忍5V的IO管脚;优异的安全时钟模式;带唤醒功能的低功耗模式内部RC振荡器;内嵌复位电路;工作温度范围：-40°C至+85°C或105°C。101性能36MHzCPU 多达16K字节SRAM1x12位ADC温度传感器。103Cortex-M332-512KBFlash6-64KBSRAM存储器。时钟、复位和电源管理：2.0-3.6VIOPOR、PDR（PVD。4-16MHz8MHzRC40kHzRCCPUPLLRTC32kHzRTCVBAT。调试模式：串行调试（SWD）JTAGDMA：12DMAUART。212usAD（16通道AD：0-3.6V。双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器。2通道12位DA转换器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE独有。112IO26，37，51，80，112IO1PAGEPAGE13165V114164ICOCPWM21666PWM2（独立看门狗和窗口看门狗。Systick：242个16DAC132IIC（SMBusPMBus。5USART（ISO7816LINIrDA3SPI（18IISCAN（2.0BUSB2.0，SDIOECOPACKECOPACK系统作用1FlashSRAMARMCortex-M3816Cortex-M332RISCSTM32F103xxARMARM2FlashRAM512KBFlash，64KBSRAMCPU（不待等待状态。3FSMCFSMCSTM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE4：Flash,RAM,PSRAM,NORNAND。3FSMCNVICFIFO，PCCARD72MHz36MHz进行。4、嵌套矢量中断控制器（NVIC43（Cortex-M31616NVICNVIC处理，对后到的更高优先级的中断进行处理，支持尾链，自动保存处理器状态，中断入口在中断退出时自动恢复，不需要指令干预。5、外部中断事件控制器EXTI19APB2，EXTI112166、时钟和启动：在启动的时候还是要进行系统时钟选择，但复位的时候内部8MHz的CPU4-16MHz，PLLAHBAPB(PB2)AP（APB1APB72MHz，APB36MHz。7Boot3BootFlashSRAMBootUSART1Flash8、电源供电方案：VDD2.0V-3.6V，VDDVSSARCPLL，VDD（ADC2.4V，VSSAVDDAVSSVDD。VBAT，1.8-3.6V，VDDRTC，32KHz晶振和备份寄存器供电（通过电源切换实现。9、电源管理：设备有一个完整的上电复位和掉电复位2V2VVDDVPORPDR，PVDVDD，VPVDVDDVPVDVDDVPVDMCUPVD103（MR，低功耗（LPR）和掉电。MR统意义上的调节模式（运行模式，LPR出为高阻，核心电路掉电，包括零消耗（SRAM。113CPUCPU；SRAM，PLL，HSIHSERC16，PVDTRC1.8VPLL,HSIHSERC，IWDG，WKUPTRC机模式。进入停止模式或者待机模式时，TRC,IWDG和相关的时钟源不会停止。EnergyLiteSTM32L8STM8L130nm(DMA)CPU，外设仍然保持工作状态，从而可为开发人员节省大量的时间。除最为突出的与制程有关的节能特色外，STM32L1.8V25°C据)10.4μA，32kHz6.1μA1.3μA停机模式：实时时钟(RTC)RAM0.5μARAM1.0μA270nASTM32L器和振荡器，微控制器可大幅度降低在低频下的工作功耗。稳压器不依赖电源电压即可满足电流要求。STM32L术，可进一步降低芯片在中低频下运行时的内部工作电压。在正常运行模式下，闪存230μAMHz，STM32L185μADMIPS。此外，STM32L1.8V。数字功能的最低工作电源电压为1.65V，在电池电压降低时，可以延长电池供电设备的工作时间..显示与语音播报电路显示电路STM32RXDTXD0RX（P3.074H1643.12图3.12 74H164引脚图Q0-Q7是并行输出端；A、B是串行输入端；CLR是清除端，零电平时，使74HC1640CLKCLK=0I/O如图3.13：15图3.13 显示电路图74H164ABP3.074HC164ABP2.2口，两块74HC164的CLK都接P3.1口。语音播报电路SD4004语音芯片是由美国ISDISD4004A/D转换和压缩。其次，快速闪存作为存储介质，无需电源可保存数据长达100年，重复记录10000次以上。此外，ISD4004具有记录时间长（可达16分钟，本文采用的为8分钟的ISD4004语音芯片）的优点。最后，ISD4004开发应用具有所需外围电路简单的优点。ISD4004引脚描述：电源:(VCCA,VCCD)：为使噪声最小,芯片的模拟和数字电路使用不同的电源总线,,尽可能在靠近供电端处相连,而去耦电容应尽量靠近器件。地线:(VSSA,VSSD)：芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。同相模拟输入(ANAIN+),信号由耦合电容输入,最大幅度为峰峰值的3KΩ,信号最大幅度为16mVISD33000系列相同。16反相模拟输入(ANAIN-),合电容输入,16mV。音频输出(AUDOUT)：提供音频输出,可驱动5KΩ的负载。片选(SS),ISD4004芯片发送指令，两条指令之间为高电平。串行输入(MOSI)期将数据放到本端,供ISD输入。串行输出(MISO)：ISD的串行输出端。ISD未选中时,本端呈高阻态。串行时钟(SCLK)：ISD的时钟输入端,由主控制器产生,用于同步 MOSI和MISO的数据传输。数据在SCLKISD,ISD。中断(/INT)ISD在任何操作(包括快进)中检测到EOMOVF时,本端变低并保持。中断状态在下一个SPI周期开始时清除。中断状态也可用RINTOVF标志指示ISDEOMEOM标志时,1。行地址时钟(RAC)RACISD了一行(ISD4004系列中的存贮器共2400行)。该信号175ms保持高电平,低电平为25ms,RAC218.75μs是高电平,31.25μs理技术。外部时钟(XCLK)：本端内部有下拉元件。芯片内部的采样时钟在出厂前已调校+1%,频率变化在+2.25%若要求更高精度,可从本端输入外部时钟(如前表所列)。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定,,先进行了分频。在不外接地时钟时,此端必须接地。自动静噪(AMCAP)：当录音信号电平下降到内部设定的某一阈值以下时,自动静噪功能使信号衰弱,这样有助于养活无信号(静音)1mF容,构成内部信号电平峰值检测电路的一部分。检出的峰值电平与内部设定的阈值作比较,,自动静噪电路不衰减,6dBVCCA则禁止自动静噪。17语音播报电路图如下：图3.14 语音播报电路图89S52和ISD4004ISD4004脚/SSISD4004的选通与否。P1.4ISD4004MOSI，从该引脚读入放音的地址。P1.2接ISD4004的串行时钟引脚SCLK。对于ISD4004芯片所需要的连接还有音频信号输出引脚AUDOUT接地。ISD40043伏。18低压报警电路该系统只有在规定的工作电压下才能正常工作，超过规定的工作电压或者不足规定的工作电压后，将影响系统的工作性能，考虑此因素，设计了低压报警电路图，如图3.15：图3.15 低压报警电路电路组成与工作原理：本电路有电源电压取样放大电路和报警声响电路组成。电LM741组成的电压比较器，电路中，R1与稳压VS3.3V，加至电压比较器的同相输3RP2电源236脚输出低电平。当电源电压低于规定的工作电压时，电压比较器的反相输入端输入电压低于参考电压，这时电压比较器的输出端6输出高电平。这一高电平经R2加至VT的基极使其导通，集电极输出低电平将报警电路触发，发出报警声。SGZ073、45、63、45、613LEDLED1050-100mA3-12V。19PAGEPAGE204电子秤控制系统的软件设计电子秤控制系统软件系统设计的基本思想是充分利用微机丰富的软件功能，实现称重，测身高过程一系列要求，提高系统可靠性，使得系统性能价格比达到最优。电子秤作为一种实时性要求不是很高系统，用软件代替部分硬件功能很合算。从软件功能来看，其包括执行软件和监控软件两类。执行软件，完成各种实质性的功能，如采集数据，数据处理，进行滤波处理，中断处理，重量、身高的显示都利用软件来完成，不仅使得电子秤的性能提高，以达最高性能价格比；监控软件，用来协调A/D其次，电子秤系统中有着大量的数据计算，各个模块之间进行信息传递，我们必须对数据类型和结构进行规划，对系统内程序存储器、RAM、定时器/计数器和中断源的分配。最后，完成以上工作后我们就可以进行编程了。在编程时，画出各功能模块的程序流程图，用合适的语言进行编写。主程序设计我们采用模块程序设计技术来设计电子秤的软件系统,根据系统功能,我们将软件划分成若干个相对独立的模块,为每一个模块设计程序流程图。软件程序的主要任务有：重量、身高等参数的显示；数据管理；数据处理；数据运算等功能。主程序设计思路电子秤软件设计的总体思想是：根据预先编制的程序对测量进行控制，完成自动诊断、自动清零、自动逻辑判断、自动存取数据完成重量和身高的测试；搜集和处理测得数据，并通过对重量，身高的测试，按各种参数之间关系，经计算后自动求出一系列有关未知参数，如重量、身高。监控软件采用模块技术设计，根据系统功能，将软件分为若干个功能相对独立的模块，为每一个模块设计程序流程图。该秤功能程序模块包括：系统初始化、A/D转换处理、超声波测距中断、显示模块，数据处理模块、语音播报模块。主程序监控流程图如图4.1。系统的初始化系统的初始化信号的放大A/D转换模块数据处理显示语音播报图4.1 主程序监控流程图22主程序工作原理理程序。控制器中ＡSTM32INT0为Ａ／Ｄ中断请求输入线，INT1为超声波测距中断服务程序。A/DA/D中断,处理后将其数据送入数据缓冲区和显示缓冲区。STM32P0——A/DP1.2-P1.5口——单片机与语音播报芯片的接口；P2.0、P2.1——采样值高低字节的读取；P3.0、P3.1、P3.574H164P3.2——ICL7109INT0A/D转换服务程序外部中断INT0完成A/D转换中断请求，包括数据采集及处理，当采集完一次申请中断，总共采集8次。T0A/D转换中断延时电子秤作为一种称重仪器，对所称精确度要求颇高，所以必须通过数值滤波求的有效采样值，通过定时来完成这一系列的操作。我们定时0.5S，即定时为50ms，分10次来累计结果。初始化程序完成所有系统设置系统初始化程序完成片内RAM划分，堆栈指针的设置。中断优先级的确定。主程序流程框图开机后，机器自检，检查显示是否为零。若不为零，则显示为错误标志，并进行微调，使之显示为零，若显示为零，进行整机初始化，然后启动0.5S0.5S；如果到了，如果到了，则进行称重及数据运算处理，否则直接将显示数据送显示缓冲区。系统初始化系统上电后，对系统进行初始化。初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器的设定，单片机工作方式及端口的工作状态的规定、RAM自检、各标志位的设置、设置栈指针、分配内存空间、设定计数器/定时器的工作方式。PAGEPAGE29上电启动上电启动Y自诊断有错显示错误标志初始化N0.5s采样值采样值数据处理计算出重量，存储显示、语音播报待机有中断请求图4.2 主程序流程图堆栈指针在系统初始化时指向07H单元，我们根据需要让其在RAM区开辟堆栈区MOV SP，#2FH30H开始堆栈，拟议存放数据采样值与各中间参数。定时器计数器初始化定时器/T00.5ST050ms16位定时/T01M1=0，M0=1，GATE=0TMTH0、TL0×1=50000得 X=15536=3CB0H。中断初始化系统中中断请求源包括外部INT0和INT1中断请求，中断的允许或禁止是有可进行位寻址的8位中断允许寄存器IE来控制的。EA0，SETBEA让它总开。ET0，ET10，1，ET0、ET1SETB（就是中断返回后将要执行的指令）的地址送入堆栈，然后根据中断标记，将相应的中断入口地址送入PC，PCRETIPC，那么程序就会从主程序的中断处01012都中断允许。中断服务程中断服务程保护现场中断服务恢复现场中断返回图4.3