毕业设计（论文）-基于单片机的智能电子秤设计

基于单片机的智能电子秤设计DESIGNOFINTELLIGENTELECTRONICSCALEBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTER徐州工程学院毕业设计说明书、II、III、Ⅳ，表1-1显示的是不同准确度的电子秤和分度数n的范围：表1-1.不同等级电子秤的分度数范围标志及等级电子秤分类分度数范围特种准确度基准衡器n>100000高准确度精密衡器10000<n≤100000中准确度商业衡器1000<n≤10000普通准确度粗衡器100<n≤10001.4系统设计的方向本课题旨在设计一款智能电子秤，在功能方面对传统电子秤进行增强。传统电子秤，体积大，携带不方便，功能单一，日益无法满足人们日益增长的高的需求。1.本电子秤具备键盘操作功能，将被称放到秤上以后，可以进行单价输入，去皮，置零等功能。数据计算，本电子秤能够将数据进行计算，只需要输入单价，在将被称物体放上去，便能够直接输出物品的总价。操作方便，省去操作计算器的时间。2、无线传输，能够将数据上传到云端，并将数据存储在云端这个数据库里，需要的时候再提取。3、云端交互，能够通过手机或者PC端实现与云端的数据交换，将数据从云端提取到用户端，在经过一系列的处理，最终达到指导进货的目的。本电子秤的主要参数是：量程10kg，精度0.1g。本电子秤的主要目标是实现以下功能；具有无线数据传输功能，能进行数码显示，具备计算功能，按键操作，超重报警。本课题研究的内容包括：1.系统总体设计的方案2.系统硬件的选型3.系统电路的设计4.系统软件设计5.系统误差计算1.5本章小结本章节主要首先对电子秤的发展历史以及未来发展趋势进行了探讨，衡器历史悠久，作用大，在工业领域与商业领域有着不可或缺的作用。接着对电子秤的结构组成进行分析，电子秤一般由承力传力复位系统、称重传感器、显示和输出装置三部分组成。电子秤的原理是利用传感器接受力信号转换为电流，在经过A/D转换器将信号传递给单片机，单片机对信号进行处理，完成显示，输出等一系列的功能。最后本章明确了系统设计的方案。本电子秤的特点在于对传统电子秤进行加强：1、数据计算，本电子秤能够将数据进行计算，只需要输入单价，在将被称物体放上去，便能够直接输出物品的总价。操作方便，省去操作计算器的时间。2、无线传输，能够将数据上传到云端，并将数据存储在云端这个数据库里，需要的时候再提取。3、云端交互，能够通过手机或者PC端实现与云端的数据交换，将数据从云端提取到用户端，在经过一系列的处理，最终达到指导进货的目的。

2系统设计总体的方案本课题所设计的电子秤主要应用于商品交换领域，目前市面上的电子秤，体积大，功能单一，使用不方便。除了具有普通电子秤的功能以外，本电子秤具备键盘操作功能，将被称放到秤上以后，可以进行单价输入，去皮，置零等功能。本电子秤还具备无线传输功能，能够将数据上传到云端，云端充当数据库的角色，当你需要的时候，你就能够从云端提取数据，在通过手机进行转化成图表的操作，这样能够达到指导进货的作用。电子秤本身直接计算，省去计算机计算的时间，操作简便，更加生动的体现了智能化。2.1系统总体设计方案的比较分析结合所学知识和相关书籍，目前的市面上电子秤大概能够分为如下几种：方案一：目前市面上普通的电子秤图2-1.目前市面上普通电子秤的方案此方案经由数码管反映物品重量，原理简易，能够选择具有模数转换能力的单片机。用用这种方法设计出来的电子称重系统，不单单硬件简单，容易接线，并且编程相对较容易。但也有不足：硬件方面简易，虽然电子秤能够达到最普通基本承重的功能，但是外部数据的输入无法实现，不能根据实际情况灵活地设定各种控制参数。因为数码管本身的局限性，其只能显示简单的数字和引文字符，无法实现汉字及复杂字符的显示。而且采用具有模数转换功能的单片机，会使得系统电路过于简单，限制系统硬件的扩展，使得电子秤的功能过于缺少，设计无法达到预期的标准。方案二：目前市面上的功能电子秤图2-2.目前市面上功能电子秤的方案键盘输入装置的使用，可以实现外部对内部的数据输入和操作，实现电子秤称重和计算的能力。前端信号在进行处理时，选用信号放大以及转换等方法可以增加信号采集强度，但会使设计成本变多。使用能够显示字符图文LCD显示器来显示，此方案不仅可以增强人机交换的能力，而且达到设计要求，能够显示物品信息、价格等相关内容，能够通过切换液晶显示界面的方法来实现增加扩展功能。方案三：本电子秤图2-3.本电子秤的方案结构上，本电子秤使用了键盘，键盘能够实施对电子秤置零去皮等操作，首先通过传感器，根据传感器的压电效应，向系统内流入一个电信号，接着经过A/D转换将电信号转换为数字信号进入单片机，接着单片机进行一系列的处理，万册会给你LCD显示，云端交互等功能。本电子秤的智能主要体现在以下方面：1、数据计算，本电子秤能够将数据进行计算，只需要输入单价，在将被称物体放上去，便能够直接输出物品的总价。操作方便，省去操作计算器的时间。2、无线传输，能够将数据上传到云端，并将数据存储在云端这个数据库里，需要的时候再提取。3、云端交互，能够通过手机或者PC端实现与云端的数据交换，将数据从云端提取到用户端，在经过一系列的处理，最终达到指导进货的目的。下面图2-4是电子秤云端交互部分的流程框体。图2-4云端交互方案2.2本章小结本章主要对系统的整体电路设计方案进行比较分析，首先分析了LED显示，无键盘方案，最终因无法实现显示复杂字符，控制的功能，而舍弃本方案；接着分析LCD显示，有键盘方案，此方法较为合适，但无法实现预期的全部功能，在此方案基础上，加上无线传输部分，最终能够实现云端交互。3系统元器件选型设计本课题所设计的电子秤主要应用于商品交换领域，目前市面上的电子秤，体积大，功能单一，使用不方便。除了具有普通电子秤的功能以外，本电子秤还具有无线传输功能，实时上传数据；能够计算价格，能够使交易的过程更快速，省去了计算的时间，更加生动的体现了智能化。为实现上述功能，各器件按照下面的方法选型：3.1单片机选型设计与传统的微型计算机相比，单片微型计算机具有以下特点：1）高集成度和小尺寸微型计算机所需的处理器，ROM，RAM，I/O接口和定时器/计数器集成于一个芯片中，可满足设备在许多应用中的需求，从而满足应用系统由一个单片微型计算机组成。结构简单，体积非常小。2）控制力强大单片机面向控制器，其实时控制功能特别强大，处理器可以通过输入输出接口直接执行各种操作，可以执行各种控制任务，从简单到复杂。3）抗干扰能力强CPU存取存储器的数据传输线（总线）和单片机中的I/O接口大部分集成在芯片中，所以外界不会那么容易干扰到。另外，由于单片微型计算机具有小尺寸和宽温度范围，因此易于在相对较低的应用环境中使用。采纳电磁屏蔽等方法，能够在各种差环境下稳定工作，使单片机的应用系统的稳定性远大于整个微机系统。4）易于使用单片机内因为部功能强大，且易于扩展系统，因而很容易设计应用系统的硬件。另外，国家内外另有各种SCM开发工具，它们对辅助软件和设计方法有很好的调试功效。单片机的使用非常方便，很大程度上使系统的开发的周期变的更短了，并且还可以方便多台机器和分布式控制的工作，从而使系统的效率和可靠性整个控制系统得到很大改善。5）高性价比由于其强大的功能和低成本的单片机应用系统，印刷形式少，连接器少，安装调试方便，系统报告SMC价格的性能和应用总体上高于微机系统。单片机的使用是一个性能可靠，性价比高的系统，现在正大范围的使用在国名经济的各个方面，对推动各行业技术改造和升级具有重要意义产品。单片机广泛应用于各种设备和测量设备，智能仪表，提高了测量精度和测量速度，改善了控制功能，简化了硬件设备结构，便于操作，维护和改进。使用SCM重建原始测量和控制设备可以促进开发数字，智能，多功能，集成和灵活的仪器，如温度，压力，流量，浓度和控制。使用SCM软件编程技术，测量仪器中的纠错和线性化问题已经被克服了很长时间。如今，该装备中的SCM利用被视为国内外仪器和测量仪器现代化的标记。微控制器广泛应用于测量和控制设备，如数字恒温器，智能仪表，红外气体分析仪，氧气分析仪，激光测距仪，各种医疗设备，多用途数字仪表，能量计智能电子秤，转速计等。MCS-51单片机技术相对成熟，使用得范围也相对广泛。本系列中的8051被认为我国单片机的代表，8031即8051没有ROM，8751即8051用EPROM代替ROM。8051单片机的基本特性如下：（1）具有8位的中央处理器（CPU）；（2）芯片内有时钟发生电路；（3）具有4KROM；（4）具有128字节RAM（5）具有21个特殊功能的存储器；（6）具有4个I/O端口、32根I/O线；（7）可寻址64K字节外部程序存储器；（8）可寻址64K外部数据存储器；（9）具有两个16位定时/计数器；（10）可有5个中断源，配备2个优先级；（11）具有一个全双功能串行接口；（12）具有位寻址能力，适于逻辑运算。8051的引脚排列如图3-1所示。图3-18051单片机引脚图3.2传感器选型设计在电子秤中，传感器是设计中最主要的组成部分和最繁杂杂的部分。其性能的优劣很大程度上代表了电子秤的性能优劣。现代科学技术的成长，特别是微型计算机技术的普及化和国民经济的成长，使得在各个产业范畴利用电子衡器来明确称重信息成为可能。流程和其他过程控制领域，特别是物流中每条生产线的自动检测和跟踪。电子称重装置用于电子称重，是国家使用的六种测量仪器之一。称重传感器是电子称重装配和电子称重体系的首要部分，其特性很大程度上影响电子称重装置的操作。因此，其表现的优点或整个体重管理系统的质量起着重要作用。精确稳定可靠是用户对电子秤最重要的需求，同时也是电子秤本身极其重要的指标。因为有不同的应用以及对电子秤本身的精度的也有不同要求，所以，对称重传感器的性能指标也有着不一样的需求。通常情况下，选择测力传感器的综合精确度（非线性，重复性和滞后性的三个指数的有效值）时，电子称重装置应综合考虑多方面，不能单独追求精度。在温度变化很重要的情况下使用的传感器应该选择合适的工作温度范围，以确保传感器在安装现场的温度条件下可以正常运行。3.2.1称重传感器的选型原则传感器的选择必须考虑：传感器的尺寸和形状、传感器密封要求和其他要求、传感器精度等级、传感器的选择，传感器参数和电缆的长度。传输电缆的尺寸，类型和长度也可以在称量条件，待称重物体和确定位置区域的情况下确定。所以应当考虑以下内容来选择传感器：1.传感器精度应当从实用，性能，经济方面思考，传感器的精度水平应根据称重系统的实际需要合理估算。传感器的低精度并不代表着它在生产过程中很粗糙。严格控制不同精度，零排放特性，压实条件和处理方法的传感器。精度很大程度上取决于弹性结构，并决定是否进行线性补偿。尽管它们的自然线性是平庸的，但许多弹性体结构在冲击和紧密度方面具有结构优势。所以，在丈量精度低但工作条件差的情况下，传感器的性能关注重现性。在可靠性的情况下，最好使用精度低，可靠性高的产品。例如：液位传感器和接近传感器过载，虽然对于测量精度要求没有很高的要求，但可靠性要求非常高，如故障情况下，它可能会设置危及设备的安全和人员的安全。经由弹性模量补偿和线性补偿，色谱柱传感器能够到0.02的精度。可是，若是使用精度较低，就不用举行过渡的补偿。所以，不仅要实现性能方面的优良，还要实现经济方面的实惠。相反，在某些需要精确称量的情况下，特别是对于长时间无法控制的电子秤和测力系统，您不仅要考虑线性，重复性和滞后，还要考虑到温度的变化。诱发错误，蠕变错误和长期稳定性。2.传感器的范围下列元素决定了传感器的范围：1.货物的最大重量;2秤台或设备重量;3传感器参数的数量;4通常情况下的极限负重;5在称重条件下可以添加动态载荷和冲击以及其他干扰。对于不同类型的称重传感器，在有相同的重量负载时，传感器范围有不同的选择。在外国引进的多种电子秤中选择传感器量程，并结合国内众多衡器的实际经验，在测量仪器授权的条件下，全球传感器量程为2〜2.5倍超过现实的极限负载。由于任何电子称重装置不可避免地具有冲击，振动和部分负荷，并且一些可能的力难以准确估计，所以选择一个范围时选择的影响因子和双中心偏差因子传感器也不合适。因此，考虑到最基本的电子秤性能指数的可靠性，选择最高可能的范围无疑是有益的。3.传感器技术参数传感器技术参数的选择主要包括以下几个方面：（1）非再现性，非线性误差，滞后误差的容允偏差。规定的技术参数必须根据系统的精度要求确定;（2）传感器灵敏度的敏感性和标准化的必需。设计期间确定的弹性体结构和电压水平决定输出灵敏度系数，所以用户必须遵照制造商给予的参数进行选择。中国不同传感器的灵敏度系数，输出和输入阻抗正在逐步标准化，使传感器成为国家产品甚至国际互换。（3）桥路阻抗和励磁电压。如果初始称重系统已经具有激励能量源，则用户必须考虑由所选传感器提供的桥的压力。因为通过应变仪的电流显示（20-25mA）。用户必须根据现有测量系统提供的桥梁压力选择合适的称量单元，以避免错误。（4）零点设置特性，温度漂移特性，时移特性，固有频率等。对于某些高精度称量的情况，用户可以根据需要为制造商的参数建立更详细的规格。4.选择传感器的密封状况对于传感器，一旦弹性体完成了连接桥的补偿，它就开始因环境中的湿气而降解。在现场工作时，如果不能可靠地密封，工作环境中的湿气，腐蚀性气体，环境，水和灰尘将会损坏它。因此，本领域中使用的传感器必须具有保护盖并且被密封。对于在相对干燥相对干净的环境下，能选择带胶水的传感器，可以选择带胶水的传感器。对于在潮湿环境中操作并且易受洪水影响的传感器，有必要选择隔膜热封或隔膜，焊接接头，抽掉氮气。对在高度腐蚀性情况中工作的传感器，必需选择带有外部喷涂外表或不锈钢外壳的传感器。3.2.2称重传感器的具体选型称重传感器根据变换原理进行分类，一般包括型式应变电阻，差动变压器的类型，电容式，磁性式压力式，压电式。电气和振动频率。目前，用于消费类的各种电子秤质上大多采用的使应变式传感器。应变片电阻具有线性度好，重现性好，滞后小（高精度高），运行可靠，长期稳定性好，适合动态测量的良好疲劳效应等特点。它的布局相对简单，体积相对不大，能够接触不同类型的传感器实现称重功能。因此，它是目前电子衡器中使用最广泛的传感器类型。应变式称重传感器的道理是利用粘合剂将称重传感器粘附到金属弹性构件上。一旦弹性构件受道理的作用变形，应变仪就会转变为电阻变化，以此来测量力。相对而言，应变式的传感器，包含下面的特点：1.结构简单，体积可制作各种称重传感器;2.线性和重复性好，没有大的滞后性。3.运行可靠，具有很好的长期稳定性能;4.可用于拉伸和压制，拉伸和压缩时输出特性的对称性好。5.互换性好，使用方便，易与电子测量设备匹配;6.使用寿命长，易于操作和维护;7.频率响应良好，可以进行动态测量。3.3显示器选型设计方案一数码管显示数码管即为某种半导体的发光物件，它的最小单元为发光二极管。按照段数，数码管能够分成七段数码管和八段，相对于七段数码管而言，八段数码管多了1个发光二极管，这代表会多一个小数点显示；经由数码管反映物品重量，原理简易，能够选择具有模数转换能力的单片机。这样设计出来的电子称重系统，不单单硬件简单，容易接线，并且编程相对较容易。但也有不足：硬件方面简易，虽然电子秤能够达到最普通基本承重的功能，但是外部数据的输入无法实现，不能根据实际情况灵活地设定各种控制参数。因为数码管本身的局限性，其只能显示简单的数字和引文字符，无法实现汉字及复杂字符的显示。而且采用具有模数转换功能的单片机，会使得系统电路过于简单，限制系统硬件的扩展，使得电子秤的功能过于单一，设计无法达到预期的标准。数码管显示信息有限，当显示信息较多时需要多个数码管级联方可，这样会造成硬件连接复杂，成本增加；数码管对大部分字符不能很好的显示，动态扫描时处理不好易出现闪烁现象。方案二LCD字符液晶显示采用LCD液晶显示，显示模块包含下面特点；体积不大、耗能不高、显示内容多样等优势，如今单片机应用设计中最常用的信息显示器件就是字符型液晶显示模块，但如若采用LCD显示，设计的费用会因此增加。点阵式液晶显示模块可以显示各种符号并显示汉字。由于该项目需要显示中文字符，因此我们选择了矩阵LCD。LCD1602的能力；他能将16个字或符号分为两行显示，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，能够在5V的电源下面运行，而且他还包含了背光，能够调字符的对比度。LCD1602液晶模块强大的地方在于，其内的字符发生存储器在生产时就包含了160个相异的点阵字符形状，各个字符皆含有其唯一的代码，通过指令以及编程，来完成数据的读写，屏幕和光标的操作。最终通过我再三思考，本系统的显示部分使用LCD1602显示屏。3.4A/D转换芯片选型设计由上述对传感器量程和精度的阐述可知：A/D转换器偏差应当低于0.03%。12位A/D精度：15Kg/4096=3.6g14位A/D精度：15Kg/16384=0.92g我们充分思考其他原因的干扰，12位A/D无法达到系统需要的精度要求。因此我们应当选择14位或更高精度的A/D。双积分型AD防扰乱能力极强，工频干扰信号的正负对称积分为零，因此50Hz有较强的克制能力，对工频干扰也有较好的滤波效果。当干扰电压的平均值成为零时，输出不受影响。特别是对于这个系统，缓慢变化的压力信号很容易依赖于功率信号。因此，使用全双A/D转换器可以大大降低滤波器电路的要求。HX711是一款专业为电子秤而设计的A/D转换芯片，它的位数是24位。该A/D芯片与其他的A/D芯片相比，具有相当大的优势；其他芯片需要稳压电源之类的众多外围电路，但是本芯片将这些外围电路都集成在里面。而且它响应时间极其短，抗干扰能力极其优秀。电子秤的整体成本得以大大降低，整体的性能也更加稳定可靠。XH711与单片机芯片的连接很容易，编程也特别简单，全部的信号都有管脚驱动，不用对芯片内的寄存器进行编程。输入选择开关能够随意选择通道A或B,和他里面的低噪声可编程放大器连接。通道A的可控制增加使128或者64，对应的满额度差分输入信号幅值分别是±20mV或±40mV。通道B就是不变的的64增益，来给系统检验参数。芯片内供给的稳压电源能够直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上不要其他的虚拟电源。芯片内的时钟振荡器不借助任何外接器件。上电自动复位功能使开机的初始化过程更加简易。XH711模块引脚图如图3-2所示。图3-2XH711A/D转换芯片3.5无线传输模块选型设计ESP8266wifi模块介绍；ESP8266是一种具备良好性能无线SOC的WIFI模块，ESP8266是一个完备的WIFI解决方案，他自身就能作为独立的一部分。当在ESP8266上配备应用并作为独一无二的应用处理器的时候，可以从外接闪存中瞬间启动。内置的高速缓冲存储器，一方面使系统性能更强，另一方面可以减少内存需求。ESP8266强大的片上处理和存储能力，让他能够通过GPIO口集成传感器和其余应用的特定设备，使得在开发和应用中最少的占用物资。ESP8266的集成度极其的高，电源管理等等其他模块所需的外部电路都包含其中，所以几乎不需要外部电路，而且在运行的时候能够最大限度的减少对PCB空间的占用。含有ESP8266的结构具有一系列的优势：节能VoIP在睡眠/唤醒两者之间能够实现迅速的切换、配合低功率操作的自适应无线电偏置、前端信号的处理功能、故障排除和无线电系统共存特性为消除蜂窝/蓝牙/DDR/LVDS/LCD干扰。ESP8266无线模块包含下面的特点：（1）802.11b/g/n（2）WIFI@2.4GHz，支持WPA/WPA2安全模式（3）超小尺寸模组11.5mm*11.5mm（4）内置10bit高精度ADC（5）内置TCP/IP协议栈（6）内置TR开关、balun、LNA、功率放大器和匹配网络（7）内置PLL、稳压器和电源管理组件（8）802.11b模式下+19.5dBm的输出功率（9）支持天线分集（10）断电泄露电流小于10uA（11）内置低功率32位CPU：可以兼作应用处理器（12）SDIO2.0、SPI、UART（13）STBC、1x1MIMO、2x1MIMO（14）A-MPDU、A-MSDU的聚合和0.4s的保护间隔（15）2ms之内唤醒、连接并传递数据包（16）待机状态消耗功率小于1.0mW(DTIM3)（17）工作温度范围-40~125℃3.6本章小结本章主要对硬件选型进行设计，本系统选用8051系列单片机，其技术成熟。采用应变式压力传感器，通过压力作用将物体的重量转换为电信号。采用LCD1602显示屏幕，能够显示复杂的字符，包含背光，能够调节屏幕的对比度。采用XH711A/D转换芯片，他是24位A/D芯片，精度高，适合于电子秤的系统。采用ESP8266wifi模块，它作为一个完备的系统，具有集成度高，便于设置，功能强大等特

4系统硬件电路设计装备的功能很大部分受硬件影响。本电子秤主要应用于商品交换领域，为了实现电子秤的功能，本电子秤具有下面特点，首先质量轻体积小，其次耗能低，再者具备计算能力，再者具备显示功能，再者能够通过键盘控制，最后能够实现无线传输功能。本产品的硬件电路按照下面的方案设计。4.1电源电路设计因为要为系统中的单片机、A/D转换芯片以及LCD显示器提供5V的电压，为了保证能够使得系统可靠稳定的运行，我决定设计一款能够提供5V稳定电源的供电系统。本系统使用两种电源接口供电的方法：一种是USB接口，直接通过USB接口连接它使电路调试更加方便；另一种是外置电源，这种方法要注意的是，需要额外加上三端稳压器件lm7805,用它当作电源的稳压器件来保证系统电压稳定是5V，外接电源的输出电压要高于5V输出才能起到作用，系统电源输入部分应当加上滤波电容使得工作电压平稳。在电源的输出部分加上LED电源指示灯，通过指示灯的明暗亮灭，来观察电源的工作与否。本电子秤的电源电路设计部分如下图4-1所示。图4-1电源电路C1，C2的功能是，对电源滤波，滤除一些电路中或许存在的高频电波，这样就不会对电源产生很大的影响，C4的作用是能够稳定电源，如果USB端数出的电压过高的时候，C4就会储能，来使电压降低，如果USB端供给的电压不足的时候，C4就会释放存储的电能，使电压升高，保证电压不至于过高。使用LED0当作电源的指示灯，若他亮，则工作，若他不亮，则不工作。电路中的R0在这里充当保护电阻的作用，它起到限流的作用，这样LED就不会烧坏。U=2（R*P'*F）1/2\#"0"4.2电子秤主控电路设计本电子秤的主控电路包含晶振电路和复位电路，主控电路是系统最基本的部分，也是核心部分。电子秤主控电路部分的电路图如下图4-2所示：4-2单片机主控电路晶振的功能是，生出原来的时钟频率，然后再发生器中，这个频率经过变化，生成了各种不一样的总线频率。晶振又称晶体谐振器，属于一类电子器件，采用精切割的石英制作而成。在频率发生器中这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。此类晶体有个特点，若给其通电，便生成机械振荡，反之，若给其机械力，便生成电，此特性为机电效应。还有一个特点，振荡频率与形状材料密切相关。因为石英有极其稳的化学性能，热性能稳定，所以他谐振稳定，很适合做为晶振的材料。由于石英晶具有机电效应，可以能够将它与电磁振荡回路作比较，就是谐振回路。他们的机电效应原理为机-电-机-电..的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是就是电场和磁场之间的不断变换。在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。因为石英晶体有极小的耗费，即Q值非常高，做振荡器用时，产生的震荡很稳定，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。复位电路也是主控电路的组成部分之一，他通过按键控制来实现电复位功能。S1是复位按键，当按下复位按钮的时候，复位端通过1K的小电阻与电源相接，快速实现放电,使RST引脚变成高电平,当复位按键弹起,电源通过10KΩ的电阻对10μF的电容C1重新充电,RST引脚端出现复位正脉冲。在8051单片机内部有一个高增益反相放大器,用来构成振荡器,然而要形成时钟脉冲,又要在外部附加电路,本设计采用内部时钟方式,利用芯片内部的振荡器,然后在引脚XTAL1和XTAL2两端跨接晶体振荡器,就构成了稳定的自激振荡器,发出的脉冲直接送入内部时钟电路,C2和C3的值通常选择为30pF左右,晶振Y1选择12MHz.为了减小寄生电容,更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器电容应尽可能安装得与单片机引脚XTAL1和XTAL2。4.3系统显示部分电路设计本电子秤能够显示的内容包括：物品的名称，物品的重量，以及物品的价格。能够通过输入商品编号来选择单价，也能够直接输入单价，当将被称量物体放在上面时，便会显示总的价格。同时当需要从云端提取数据时，能够将云端提取的数据在显示屏幕上显示出来，这样就能够实现人机的智能交互，所以这要求显示器能够显示某些特殊字符。为了达到显示的功能，能够现实一些特殊的字符，本电子秤系统选用了LCD1602液晶显示模块，在液晶板上面罗列了数个5×7或5×10点阵的字符显示位,每个显示位能够显现1个字符，根据规格的不同，能够分成每行8、16、20、24、32、40位，有一行、两行及四行三类。其与单片机的连接电路如图引脚1和引脚二分别是液晶1602的地引脚和电源引脚，3号引脚是用来调节背光的按钮，经过10K的电位器接地，能够通过电位器的电位来调节背光的亮度，引脚4引脚5引脚6是液晶片的选控制引脚，分门别类的与单片机的p2.0、p2.1、p2.2端口，引脚7-14为数据的传输口，与单片机的p0口完成运输数据，引脚15、16是控制液晶背光的引脚，分别与电源与地相接。显示部分电路如图4-3所示。图4-3显示部分电路4.4键盘/开关输入电路进入键盘是电子秤的一部分，它实现的是机器与人的互动。英特尔8279是一款相对成熟的可编程键盘和显示芯片，可以执行键盘控制和显示两项任务。键盘部分能够给予扫描状态，能够用来连接到一个64键的键盘，它可以连续扫描键盘，自动消除抖动，自动识别按键并给出代码，同一时间按下双键或n键。表现部份提供的显示界面只能够在LED，荧光灯和其他显示器的方面可以使用。它提供的是多路复用信号，用来进行显示，在最大的情况下能够显示16个字符或者是数字。8279芯片可以直接连接到单片机，用于简化系统软件的开发，提高处理器和8051微控制器接口电路的性能。图4-4键盘电路设计根据该设备所需的功能，已经开发了由16个键（4×4矩阵键盘）组成的键盘输入电路。16个键-包括了数字键0-9，小数键和5个功能键（去皮，清除/复位，累加，保持，输入/校正）。16个按钮通过4×4矩阵排列为4行4列。电子秤按键分布及其功能定义如图4-5所示：789去皮456清零123累计A0B计算图4-5键盘按键（1）0-9表示数字键，用来输入物品的单价。将被称量的物品放在秤台面上，输入单价，按下计算键，能够得出物品的总价。A键未定义，在此处无功能B键是小数点按键，用来辅助单价输入去皮：将“皮”放到秤台上，显示一数值，然后按下去皮按键，则就会显示零，这就是去皮的过程。当不在需要去皮时，再按一下，就可以取消去皮。清零：当单价不需要时，按一下清零键，就可以将单价清除。累计：当你想累积多数量的金额时，那么就一定要使用“累计”键。在显示商品的每个状态下，点击“收集”按钮以将金额添加到总金额中。如果显示“E”，则累计总值超出评估范围。计算：在正确输入了单价之后，按下计算按键，将会计算出金额，并在液晶显示器上显示出重量、单价、总价。4.5A/D电路当芯片上电时，芯片内的上电自动复位电路会使芯片自动复位。管脚PD-SCK输入来控制HX711的断电。当PD-SCK为低电平时，芯片处于正常工作状态。如果PD-SCK从低电平变高电平并保持在高电平超过60us，HX711即进入断电状态。如果使用片内稳压电源电路，断电时，外部传感器和片内A/D转换器会被同时断电。当PD-SCK重新回到低电平时，芯片会自动复位后进入正常工作状态。芯片从复位或断电状态后，通道A和增益128会被自动选择为作为第一次A/D转换的输入通道和增益。随后的输入通道和增益选择由PD-SCK的脉冲数决定，参见串口通讯一节。芯片从复位或断电状态进入正常工作状态后，A/D转换器需要4个数据输出周期才能稳定。DOUT在4个数据输出周期后才会从高电平变为低电平，输出有效数据。电路图如4-6所示。图4-6A/D转换电路4.6无线传输电路ESP8266无线通信接口电路设计ESP8266无线通信接口电路主要有8051单片机，ESP8266无线模块和信号收发指示灯组成，此部分电路原理图如图5-5所示。ESP8266无线模块采用DC3.6V供电，其中模块的1脚接53.6V直流电压，4脚接GND，2脚3脚分别接到单片机的RXD、TXD端口，无需其他外围辅助电路即可完成无线模块和单片机之间的数据传输。无线传输模块与单片机接口如下图4-7所示。图4-7无线传输电路设计4.7系统超重报警指示电路设计超重报警电路的作用是在称量时，当超出最大值的时候，蜂鸣器就会发生报警，给出提示，避免传感器的损坏。PNP三极管9012驱动蜂鸣器是报警电路的最基本组成部分，单片机IO口控制三极管的基极，当单片机的IO口输出的电平是低电平时，三极管导通，此时蜂鸣器正极便会和电源相接，蜂鸣器通电发出报警声，当单片机IO口输出的电平为高时，三极管截断，蜂鸣器就不会报警。报警指示电路如图4-8所示。图4-8蜂鸣器报警电路4.8本章小结本章主要是对电路设计部分的具体说明，包括电源电路设计，主控电路设计，显示部分电路设计，键盘电路设计，无线传输电路设计，超重报警电路设计。5系统软件设计5.1系统软件编程环境介绍系统软件的设计部分采用C语言来编程，编译环境为keilUV3。keilc51是美国KeilSoftware公司制作的C语言软件开发系统，与汇编相比，C在方方面面都比他好，而且既好学有好用。Keilc51提供windows操作界面，十分方便，而且它生成代码的速度特别快，多数语句生成的汇编语句相对紧凑，方便理解，其优势能够在开发大型软件时显现出来5.2系统主程序流程图本课题所设计的电子秤主要应用于商品交换领域，目前市面上的电子秤，体积大，功能单一，使用不方便。除了具有普通电子秤的功能以外，本电子秤还具有无线传输功能，实时上传数据；能够计算价格，能够使交易的过程更快速，省去了计算的时间，更加生动的体现了智能化。系统软件部分主程序流程图如图5-1所示图5-1系统主程序流程图5.3系统初始化流程图系统开机之后会进行初始化，初始化程序如下图5-2所示图5-2系统初始化流程图5.4传感器检测流程图传感器部分主要是检测压力信号，将压力信号转化为电信号，流程图如下图5-3所示。 图5-3传感器检测流程图5.5系统显示部分流程图本段子程序主要是用来判断系统的显示功能，是否显示，如何显示，这是系统程序重要的部分。设计流程图如图5-4所示。图5-4系统显示部分流程图5.6系统按键调整部分流程图本系统设计的使4*4的矩阵式键盘，程序能够首先判别按键编码，接着通过编码将键盘表示的量送至相应的存储单元，再进行功能选择或数据处理。设计流程图如图5-5所示。图5-5按键调整程序流程图5.7本章小结本章主要介绍了系统的主程序流程图，初始化流程图，传感器检测流程图，显示部分流程图，按键流程图。接着介绍了部分的代码。

6仪器的误差及误差分配在错误分配和综合原理以及便携式电子天平的开发中，误差分析，误差分布和一般误差综合三个阶段完成了对仪器主要部件的选择。6.1仪器的误差来源便携式电子天平是一种静态加权电子天平，其误差来源于称重传感器、电子设备（传输系统和输出数据处理系统）和控制系统机械支持。6.1.1称重传感器的误差称重传感器的误差主要是来自于两个方面，一个是客观的硬件方面，它的不重复性、滞后性、非线性会很大程度上影响称重传感器的误差；另外还有一方面来自于外在环境，环境变化等因素，可能会使得传感器的一些参数发生变化。所有这些错误已经通过传感器制造中的各种补偿措施降低到可能的最低水平。其它还有不容易补偿以及纠正的，可以将他看为随机错误。因此，传感器的综合误差可以根据RMS方法合成，其通过以下公式获得：（6-1）式中——传感器的合成误差；——传感器的非线性误差；——传感器的不重复性误差；——传感器的滞后误差；——温度变化引起传感器的零点变动误差；——温度变化引起传感器系数变动误差；——称重传感器周围环境温度变化的幅度。6.1.2电子设备的误差在制造电子秤时使用高精度数字仪表和高精度芯片，这样电子设备的误差在电子秤中所占的比例就会比传感器低得多。电子设备之合成误差的计算方法是（6-2）式中——仪器的非线性；——温度变化引起的零点变动；——温度变化引起的灵敏度变动；——时间引起的零点漂移；——时间引起的灵敏度变化；——电压变化引起的零点漂移；——电压变动引起的灵敏度变化；——仪器周围环境温度变化的幅度。电子秤中，电子设备部分由放大器、A/D转换器、显示、串联使用，其总误差为（6-3）式中--放大器误差、--A/D转换器误差、--显示误差。另外，称重传感器和电子设备之间的信号传输系统中使用的电缆长度过长可能导致严重错误。导线电阻由于跟着温度的变化而发生变化，馈入直流电源时的热电功率误差，电缆导线的绝缘电阻和电磁干扰等。6.1.3机械承重系统的误差机械支撑体系支撑被测物体的重量，并通过它在称重传感器上起作用。然而，由于在防止振动，加或减其所能承受的力等措施中，由于摩擦力过大而导致力传递中机械支撑系统的机械结构中存在一些不利因素，不能转移到应变计上。或者传递的力不作用于传感器的中心轴以引起部分载荷，或者传递的力与传感器力的轴线之间存在角度，这迫使力不切实际。错误无法容易地量化机械支持系统中的错误（用表示），电源波动造成的错误以及称重传感器和测量线之间的导体错误。只有合理的设计和安装以及错误分配，这些错误才会受到损害。通过提供一些多余来保证。所以，在机械装配的过程中，必须确保负载的重量能够在垂直方向上作用在传感器上。力的方向必须与传感器的力轴相对应，并且不会产生水平分量的附加扭矩或力。在机械承载系统中，如果称重传感器的安装效果不理想，或者称重传感器上的外力效应未达到最小，则无法保证预期的精度，甚至无法保证稳定性。可以使用。6.2仪器误差分配在电子秤的新设计或制造中，一般根据整个称重系统的整体精度要求，根据均方根分布的原则，并与电子称重系统的不同部件有一定比例。通常分配静态电子天平，以便为传感器分配50％的容差，向电子设备和数据处理系统分配30％的容差，20％的容差参考支持系统力学。6.3仪器误差的计算方法在经过对电子秤进行检验和调试后，每个称重点测得的一系列数据常常是通过误差理论和相应的误差公式来计算其精度或误差。使用均方误差的方式来计算。均方根法的具体步骤如下：若每个称量点检定后得到n个示值，分别为、、、……，求出每一个称量点N次示值的平均值（6-4）式中下标表示K个称量点中某一个称量点，=1，2，3，……K；下标表示同一个称量点N次检定值中某一次检定，=1，2，3，……N。求出偏差，它等于称重示值与该称量点平均值之差，即剩余误差（6-5）求出均方根误差，即标准偏差（6-6）4.剔除粗大误差在偏差中当称重显示符合＞3的情况时，就应该对其进行去除操作，去除后需重复上面所说1、2和3的计算过程。原因是，在称重的过程中，可以认为大于3误差值的出现概率大概是特别特别低的，其原因就是其超出99.7%的置信概率。能够认为与此误差相对应的称重示值之中包含有粗大误差，一定要当作不可用数据去除掉。5.取3作为被检称量点的偶然极限误差。6.求出每个称量点的系统误差,它等于砝码质量值与其相应称量点示值平均值之差，即：（6-7）7.求出最大综合误差,它等于偶然极限误差3与系统误差之和，即：=3+（6-8）8.求出各称量点的相对误差，它等于最大综合误差除以相应砝码质量值MBj（6-9）9.得到各称量点的精度，它等于相对误差的倒数（6-10）然后根据相关规程去检验衡器，翻查允差表，如果各称量点的最大综合误差或相对误差均全部在允许的误差范围内，那么代表这个秤的常量误差达到要求，如有一项超越那么则是不符合要求。6.4本章小结本章主要对系统进行误差分析计算，在电子称系统最终运行的时候，会进行误差判断，部长主要是对误差的来源以及大小进行计算。7外壳部分设计本电子秤在一个15×9cm的电路板上焊接一系列零件，为了能够将电路板包裹进去，使其成为一个完整的电子秤，在此进行了外壳部分的设计。外壳结构主要由前壳和后壳部分组成。7.1前壳部分前壳部分图主要如图7-1所示。前壳主视图方向能看到三个洞，第一个3×3cm的洞是放置传感器的，在传感器上放置一个托盘。中间2×4cm的洞是显示部分，通过显示屏，能够观察数据。下面4×4cm的洞是键盘部分，在键盘上覆上一层膜。壳体总厚度16mm，底部有一个电源接口。图7-1前壳结构图传感器部分是一个30×30mm的孔，可以通过在上面放置一个托盘，然后再托盘上放置物品来测量重量。如图7-2所示。图7-2传感器部分显示屏部分是20×40mm的孔，LCD通过这个孔，漏在外面。如图7-3所示。图7-3LCD显示部分键盘部分是一个40×40mm的孔，键盘通过这个孔露在外面，在键位上覆盖一层膜，就可以将键盘包裹。如图7-4所示。图7-4键盘部分壳的四个角采用圆弧设计，便于拿取。如图7-5所示。图7-5壳的四角前壳四角有四个螺丝孔，直径为2mm，用以前壳与后壳连接。如图7-6所示。

图7-6四角螺丝孔7.2后壳部分后壳部分厚度为6mm，四周螺孔直径为2mm。后壳结构图如下图7-2所示。图7-7后壳结构图后壳同样有四个直径2mm的螺丝孔，如图7-8所示。图7-8后壳螺丝孔

7.3装配图上下壳装配图如图7-3所示。壳体总厚度20mm。图7-9前后壳装配图装配完成后，外壳的总大小是94×154×20mm。主视图如图7-10所示。图7-10外壳主视图侧视图如图7-11所示。图7-11外壳侧视图俯视图如图7-12所示。图7-12外壳俯视图结论本文主要采用8051单片机，XH711A/D转换芯片，LCD1602显示屏，ESP8266WIFI模块组成了一款新型的智能无线电子秤，本款电子秤在功能上比传统电子秤得以加强。传统的电子秤体积大，不便于随身携带，功能单一，不够智能，这也是本产品设计的灵感来源。无论是从精度上，还是从稳定性能上来讲，本产品都极其优秀。本设计中涉及传感器技术、微计算机技术、数字显示技术等等。本产品反应灵敏，灵敏度高，性能稳定。能够满足人们的日常称重需求，而且由于其体积较小，所以及其便携。本文先从系统的设计要求入手，分析设计的功能要求，进行分析，明确设计的思路。接下来从总体选型方案入手，将几种方案进行对照比较分析，最终选择合适的方案。然后研究各个部分的硬件选型，通过比较分析，选择出了最合适的硬件。接着研究硬件部分的连接，以及电路部分。最后便是对软件部分的设计，以及系统误差的计算。前后历经数月，经历了一些坎坷，最终完成了毕业设计。经过本次毕业设计，我对大学四年所学知识有了一个全新的认识，将所学知识全部结合到一起，再加以运用，有一种融会贯通的感觉。从查阅资料，再到自己的设计，不仅使我个人能力得到了提升，对知识也有了更加全面的把握。由于自身经验以及理论方面有一定的不足，加上条件有限，设计中发生了很多困难。由此可见，我的个人技能也有待提高，理论知识还要巩固加强。致谢

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