基于称重法实现的硬币计值与计数装置毕业设计论文Word格式文档下载.docx
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注意事项
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1)封面(按教务处制定的标准封面格式制作)
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2.论文字数要求:
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5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
建议成绩:
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
二、论文(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩:
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
教学系意见:
系主任:
摘要
由于各种新型的自动支付系统的不断出现,硬币运用的领域还在进一步的扩大,这也使得硬币的使用量与日俱增。
因此,对不确定数量硬币进行计值和计数来取代手工计数和计值就成为我们需要去解决的问题。
这就需要研制基于称重法实现的硬币计值和计数装置。
整个设计以STC89C52RC为控制核心,实现称重的基本控制功能。
系统硬件部分可以分为单片机部分、数据采集、人机交互界面、通讯接口四大部分。
STC89C52RC部分包括最小系统和复位电路;
数据采集由500g称重传感和24位A/D转换HX711芯片部分构成;
人机交互界面由1602液晶显示器和按键输入;
通讯接口部分采用了RS232通讯技术。
软件部分应用了C语言进行编程,实现称重功能和显示功能,用C++实现了上位机界面的显示。
本硬币计数计值装置可以实现对1元人民币硬币的基本称重计数功能,可以显示币值的大小,以及硬币的数量。
同时还扩展了兼顾其他硬币测试,超重报警的功能,串口通讯功能。
使用较为简单,具有一定的应用价值。
关键词:
单片机;
称重传感器;
HX711芯片;
1602液晶;
串口通信
Abstract
Becauseallsortsofnewtypeofautomaticpaymentsystemappearconstantly,,theareaoftheuseofcoinsisstillfurtherexpanded,whichalsomakestheuseofcoinisgrowingrapidly.Therefore,thenumberofuncertaintyforcoinscountandcountvaluetoreplacemanualcountandcountvaluebecometheproblemweneedtosolve.ThisneedstobedevelopedthedevicewhichbasedontheweighingmethodtorealizeCOINScountvalueandcounting.
TheentiredesignwithSTC89C52RCasthecontrolcore,torealizethebasiccontrolfunctionweighing.Thehardwareofthesystemcanbedividedintothefourmost:
themicrocontroller,dataacquisition,man-machineinterface,communicationinterface.TheSTC89C52RC,includingthesmallestpartsofthesystemandresetcircuit;
dataacquisitionbythe500gweightsensingand24-bitA/DconvertertheHX711chipsectionconstitute;
theman-machineinterfaceby1602LCDdisplayandkeyinput;
CommunicationinterfacepartadoptstheRS232communicationtechnology.SoftwareofCprogrammingtorealizetheweighingfunctionanddisplayfunction,usingC++torealizethePCinterfacedisplay.
Thiscoincountingdevicecanachievethebasicweighingcountfunctionofcountvalueof1yuancoin,canshowwhichcoinisit,andthenumberofCOINS.AlsoextendedtheotherCOINStest,theoverweightalarmfunctions,theserialcommunicationfunctions.Thedeviceissimpletouse,andhascertainlyapplicationvalue.
Keyword:
microcontroller;
loadcell;
HX711chips;
1602LCDdisplay;
Serialcommunication
引言
硬币是一种世界范围内最常用的流通货币之一,硬币广泛地用在商业、交通、通讯、娱乐以及各种自动售货、付费系统中。
由于各种新型的自动支付系统的不断出现,硬币支付的领域还在进一步的扩大,这也使得硬币的使用量增大。
在这么一个庞大的背景下,对硬币的计值和计数的时间也提出了要求,若是人工进行计值和计数,不但会没有效率,计算错误的可能性也很大。
因此,对不确定数量硬币进行计值和计数就成为我们需要去解决的问题。
而高智能化的硬币计值与计数装置必有其广阔的前景。
所以也就出现了硬币计数装置。
市面上现有硬币计值与计数装置,多用于超市、商场、银行等部门工作人员硬币计数,能减少了工作强度,提高了工作效率。
我们知道同种类型的硬币的都有一个固定重量,利用这一重量,我们就可以来计算出总硬币的重量,智能而且精准的得出硬币的币值和数量。
在大量计算硬币数目时候就非常的快速和方便了,提高使用者计算的效率。
1设计内容和意义
1.1设计要求
1.1.1基本要求
(1)以1元硬币为设计对象,可以测币值的大小与数量。
(2)可以显示所称的物体的数量和个数。
1.1.2创新特色
(1)除了可以称1元人民币之外,增加称量5角和1角两种硬币。
(2)当物品重量超过量程时,具有超重报警功能。
(3)用1602显示币值与数量。
(4)用上位机显示出币值与数量。
1.2系统设计思路
基于称重法实现的硬币计值与计数装置是能够用称重传感器来称量硬币的重量,从而将重量转化为相应的币值和个数的。
并在LCD和上位机上显示出来。
按照设计要求,系统硬件部分可以分为单片机控制部分、数据采集(包括称重传感器、A/D转换电路)、人机交互界面(显示电路和按键)、串口电路四大部分。
此基于单片机的硬币计数计值装置工作原理是利用称重传感器称得出硬币的固定质量相对应的信号电压,ADC采样将电压信号转换成数字信号后送入单片机。
单片机对数字信号进行处理,单片机控制显示器,输出显示相对应的硬币的数量与币值。
若超过了规定的重量,报警电路会使蜂鸣器报警,反正则能正常测量。
单片机串口还能与PC机进行通讯,实现在上位机显示。
此装置摆脱了传统的硬币计数计值,使得硬币高效准确的计值和计数。
称重传感器及单片机是该硬币计值与计数装置的核心,而A/D转换是设计部分的难点,根据功能的需要,选择合适、精确、经济的称重传感器、单片机和A/D转换芯片都是至关重要的,接下来是进行方案的论证,将会对称重传感器、单片机和A/D芯片进行详解。
1.3设计的意义与目的
硬币在诸多领域中广泛运用使得硬币的使用量也随之增长。
硬币使用量的增长同时对硬币的迅速识别与计算要求也提高了。
以往都是以人工来手动计数与计值,随着硬币使用量越来越多,如何将回收的大量硬币在短时间内快速有效的计值和计数成为关注的问题。
随着电子技术迅速发展,也就出现了硬币的识别与计数装置。
通过称重法研制的硬币的自动计数和计值装置可以取代手工计值好计数,使得硬币高效准确的计值和计数,为人们省去很多机械烦琐的体力工作,节约了时间和精力,也使得了许多领域的工作更加简单方便省时,保障了人类智慧能够最大限度的发挥。
对社会经济的发展起到了积极促进的作用。
基于称重法实现的硬币计值与计数装置可以用在银行、商店、电玩、超市、地铁等领域。
使用简单,为人们省去很多机械烦琐的体力工作,节约了时间和精力,也使得了许多领域的工作更加简单方便省时,在一定范围内提高了生产力。
2系统方案选择和论证
在设计系统时,针对各个模块实现的功能来设计硬币计值与计数装置的方案的选取都有几种,下面,我们一一进行选择比较,选取合适的方案进行设计。
2.1称重传感器的选择
2.1.1称重传感器的方案选择
称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力--电转换装置,是电子衡器的一个关键部件。
称重传感器的选型应根据应用情况入手,从传感器支撑点的数量、量程、精度等级、环境适应性等几个方面进行选择。
能够实现力--电转换的传感器有多种,常见的有电阻应变式、电磁力式和压电式等。
方案一:
采用压电传感器
压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。
它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、体积小、工作可靠和重量轻等。
缺点是不能用于静态测量,某些压电材料需要防潮措施,而且输出的直流响应差,需要对外接电路要求很高。
方案二:
采用电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是一种用金属弹性体做为弹性元件通过粘贴在弹性体敏感部位的电阻应变计组成的电桥,并在外加电源激励下可以将力转换为电信号的测量装置。
电阻应变式传感器的优点是精度高,适用面广,寿命长,结构简紧凑,频响特性好,抗偏载能力强,能够在相对比较差的环境下工作,易于实现小型化、整体化,价格便宜等。
缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱,但可采取一定的补偿措施。
因此它在自动测试和控制技术中得到了广泛地运用。
综合以上两种方案,采用方案二电阻应变式传感器。
一个硬币的标准重量为6.05g,是比较小的质量,所以要求精度比较高。
其次,我们也需要该传感器能在比较多的场合中使用。
所以根据设计实际情况,经过比较,觉得电阻应变片型传感器比较适合。
2.1.2电阻应变式传感器介绍
电阻应变式传感器由电阻应变计、弹性体和测量电路三部分组成。
弹性体在外力的作用下产生形变,电阻应变片变形后,通过粘接剂传递给电阻应变计,引起电阻值改变,其结果使电桥产生不平衡输出,把这一个电阻值变化为电信号,此输出与外载荷成正比的电信号,从而完成了将力转换为电信号的过程。
电阻应变片式电阻为电阻式传感器的核心元件。
电阻应变片的接法如图2.1所示电桥,当电桥四个臂上接工作应变片都参与机械变形,同一温度场,温度影响相互抵消,电压输出灵敏度高。
应变计初始化阻值是R1=R2=R3=R4,且其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uout=KEε。
其中K为应变灵敏系数,ε为电阻丝长度相对变化,E为电桥供电电压。
图2.1电阻应变式传感器的电路工作原理图
图中,电桥的一个对角线为接入电压Ui,另一个对角线为输出电压Uo。
其特点是:
电桥能够精确地测量微小的电阻变化,当R1R3=R2R4时,电桥输出Uo为零,电桥处于平衡状态,否则电桥不平衡,就有电压输出。
为了测量的准确性,在实测时应使电桥平衡,这样输出电压只与应变计感受应变所引起的电阻变化有关。
弹性体的功能一是承受称重传感器所受到的外力,对外力产生反作用力,达到相对静平衡,二是产生一个高品质的应变场,使电阻应变片完成转换任务。
测量电路是把电阻应变片的电阻变化量转换为电压输出,是电子秤设计电路中是重要的环节,在制作的过程中应尽量调整好测量的范围的精确度,以减小测量数据的误差。
电阻应变式传感器在安装过程中时要按悬臂梁方式安装,本次设计所采用传感器安装示意图如图2.2所示。
在安装使用过程中,严禁超载。
如果在外力撤除后不能恢复原状,发生塑性变形,则传感器损坏。
由于粘合剂为高分子材料,其特性随温度变化较大,电阻应变式传感器必须在规定的温度范围内使用。
图2.2应变式传感器安装示意图
2.1.3称重传感器参数
通过比较,选择了电阻应变片型传感器。
本次设计主要是用该称重传感器来称量硬币的,一般测60颗左右,所以选择了量程500g称重传感器,它具有灵敏度高、响应快、使用寿命长且成本低廉等优势,满足本系统的要求。
本设计所使用的称重传感器的参数如表2.1所示:
表2.1称重传感器的主要技术参数
参数
数值
额定载荷:
500G
非线性:
0.05%F.S
综合误差:
滞后:
灵敏度:
500g载荷0.6~0.8mv/v
重复性:
绝缘电阻:
≥2000MΩ
零点温度影响:
安全过载范围:
150%(%F.S)
蠕变:
0.05%F.S/3min
输入阻抗:
1000±
50Ω
灵敏度温度影响:
0.2F.S/10℃
输出阻抗:
零点输出:
±
0.1(mV/V)
激励电压:
5--12VDC
推荐激励电压:
5--10V
四根接线的定义分别是:
红色线为电源正极输入端,黑色线为电源负极输入端,绿色线为信号输出正极端,白色线为信号输出负极端。
2.2A/D芯片的选择
2.2.1A/D芯片的方案选择
在选择单片机数据采集常用的外围器件A/D芯片时,对A/D转换器的位数,转换速率,灵敏度和精度,相关的引脚,工作电源电压,与其他器件是否匹配,性价比等都要进行相关的考虑选择。
采用AD0809做为A/D转换芯片。
ADC0809是分辨率为8位的控制逻辑CMOS组件,对选通的输入信号进行A/D转换。
在输入模拟量时,信号需是单极性,电压范围是0-5V,若信号太小,必须进行放大;
且在转换过程中应该保持模拟量不变,如若模拟量变化太快,则需在输入前增加采样保持电路。
采用HX711做为A/D转换芯片。
HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。
该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
降低了电子秤的整机成本,提高了整机的性能和可靠性。
综合以上两种方案,采用HX711做为A/D转换芯片。
考虑到在本系统中,因为硬币质量比较小,所以需要转换精度较高。
HX711的A/D转换的位数比较高,其决定了分辨率比较高。
而且该芯片有集成度高、成本低,电路简单等诸多优点。
价格比较合适。
所以就选择了专用型高精度24位A/D转换芯片HX711。
2.2.2HX711芯片介绍
专用型高精度24位A/D转换芯片HX711与后端MCU芯片的接口和编程非常简单,所有控制信号由管脚驱动,无需对芯片内部的寄存器编程。
芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源,系统板上无需另外的模拟电源。
芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。
上电自动复位功能简化了开机初始化过程。
专用型高精度24位A/D转换芯片HX711的管脚说明如图2.3所示:
图2.3HX711的管脚图
主要特点:
(1)模拟输入:
通道A模拟差分输入可直接与桥式传感器的差分输出相接。
由于桥式传感器输出的信号较小,增益为128或64,所对应的满量程差分输入电压分别±
20mV或±
40mV。
通道B应用于包括电池在内的系统参数检测。
(2)片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D转换器提供模拟电源。
如果不使用芯片的稳压电路,管脚VSUP与管脚AVDD相连,并接入2.6—5.5V的模拟电源。
(3)片内时钟振荡器无需任何外接器件,必要时也可使用外接晶振或时钟。
将管脚X1接地,则HX711自动选择使用内部时钟,并自动关闭外部时钟输入和晶振相关电路。
(4)简单的数字控制和串口通讯:
所有控制由管脚输入,芯片内寄存器无需编程。
串口通讯由管脚PD_SCK和DOUT组成,用来输出数据,选择输入通道和增益。
(5)芯片上电时,自动复位电路会使芯片自动复位。
由管脚PD_SCK输入来控制芯片断电。
(6)耗电量(含稳压电源电路):
典型工作电流:
<
1.7mA,断电电流:
1μA。
2.3显示器的选择
在选择显示时,我们要考虑到我们所选的显示器首先要能完成显示我们所要求的硬币的质量,硬币的个数和币值。
其次是显示电路是否简单合适,工作电源电压,与其他器件是否匹配,编程是否简便等都要进行相关的考虑选择。
采用LED数码管显示。
LED数码管可以完成显示被测物质量、单价的任务,电路容易理解,驱动程序简单,并且经济耐用。
但是它的显示存在信息量少,显示不直观,不易理解,连线复
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