简易电子秤论文G题Word文件下载.docx
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1.2设计要求..................................................1
2系统方案......................................................1
2.1电源的论证与选择..........................................1
2.2电路模块的论证与选择......................................1
2.3系统控制模块论证与选择....................................1
2.4显示模块论证与选择........................................2
3系统理论分析与计算............................................2
3.1系统机械结构..............................................2
3.2应变片直流电桥电路分析....................................3
3.3A/D数模转换的分析........................................3
4系统软件设计..................................................3
4.1系统框架图................................................4
4.2程序清单..................................................5
5测试方案与测试结果............................................5
5.1测试方案...................................................5
5.1.1硬件测试...............................................5
5.1.2软件仿真测试...........................................5
5.1.3硬件软件联调...........................................5
5.2测试条件与仪器...............................................5
5.3测试结果及分析...............................................5
5.3.1测试数据..............................................6
6结论和总结.....................................................6
6.1对设计的小结...............................................6
6.2设计收获体会.................................................6
6.3对设计进一步完善的建议.......................................6
附录1源程序....................................................6
附录2电路图....................................................6
1设计任务与要求
1.1设计任务
设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤,电子秤的结构如右图所示。
如右图所示,铁质悬臂梁固定在支架上,支架高度不大于40cm,支架及秤盘的形状与材质不限。
悬臂梁上粘贴电阻应变片作为称重传感器。
1.2设计要求
(1)电子秤可以数字显示被称物体的重量,单位克(g);
(2)电子秤称重范围5.00g~500g;
重量小于50g,称重误差小于0.5g;
重量在50g及以上,称重误差小于1g;
(3)电子秤可以设置单价(元/克),可计算物品金额并实现金额累加;
(4)电子秤具有去皮功能,去皮范围不超过100g;
(5)其他
(6)设计报告
2系统方案
本系统主要由电源模块、电路称重传感模块、系统控制模块、显示模块组成,下面分别论证这几个模块的抉择。
2.1电源的论证与选择
方案一:
直接使用电池组供电,该电源随着使用电压不稳。
方案二:
采用开关电源效率高,但是需要购买,且比较贵。
方案三:
自行设计稳压电源模块给系统各部分供电,由于各稳压芯片不贵,而且电压可调,做好滤波设计,使用效果也不错。
综合以上三种方案,选择方案三。
2.2电路模块的论证与选择
方案一:
直流单臂电桥输出电路,电路中一个应变片参与测量,其精度不高
方案二:
如果2个应变片同时参与测量,则称为半桥测量,差动电桥消除了非线性误差,灵敏度比单臂电桥提高了1倍。
方案三:
让4个桥臂都由应变片组成,即为全桥测量。
全桥电路电压灵敏度为单臂桥的4倍,减小了非线性误差,但操作难度较高。
综合以上三种方案,选择方案二。
2.3控制系统的论证与选择
选用AT89C52单片机,8位的单片机处理速度有些慢。
选用STM32F103ZET6型单片机,该单片机是32位单片机,计算速度快,内部集成A/D转换电路,比较方便。
综合以上二种方案,选择方案二。
2.4
显示模块的论证与选择
使用上位机观看数据,需要数据通信设置,比较麻烦。
使用1602液晶显示,但是显示的位数有限,只能显示32个数字或字符,不能显示汉字。
使用TFT液晶屏显示,能显示汉字和图像,能显示的数据量大。
合综以上三种方案,选择方案三。
3系统理论分析与计算
3.1系统机械结构
当有重物放在托盘中时,电阻应变片跟随悬臂梁发生形变而产生电阻变化,电桥电路中电压输出因而产生变化,用A/D转化成相应的数据。
图2
3.2应变片直流电桥测量分析
图3
采用差动电桥是消除非线性误差影响的有效措施,将2个工作应变片接入电桥的相邻臂,并使它们1个受拉,另1个受压,半桥差动电桥电路的输出电压为差动电桥消除了非线性误差,灵敏度比单臂电桥提高了1倍。
电压的计算公式为:
3.3A/D数模转换的分析
采用并行转换ADC是一种直接的模数转换方式。
由于不用逐次比较,它对N位数据不是转换N次,而是转换一次。
这种转换器的结构原理如图。
图4
4系统软件设计
4.1系统总体框架图
如图
4.2程序清单(见附录)
5测试方案与测试结果
5.1测试方案
1、硬件测试
稳压电源的波形测试,比较稳定,符合要求,称重传感系统输出信号基本没有受影响,显示屏显示正常,只要不在电位计盲区。
2、软件仿真测试
通过keil5软件在线调试,程序编译正确,执行正常。
延时等子程序符合要求。
3、硬件软件联调
通过串口将程序下载至单片机中,打开单片机电源开关,系统能够较顺利完成基本和发挥部分。
5.2
测试条件与仪器
测试条件:
检查多次,仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同,并且检查无误,硬件电路保证无虚焊。
测试仪器:
高精度的数字毫伏表,模拟示波器,数字示波器,数字万用表。
5.3测试结果及分析
电压值(V)
0.132
0.184
0.233
0.251
0.357
0.387
0.391
ADC值
556
1556
1889
2779
3556
3899
4086
质量(g)
35
103
253
301
388
432
500
图5
通过测试电压值与质量成线性关系,整个系统精度较高,基本满足题目指标要求。
6结论和总结
6.1对设计的小结
此简易电子秤系统装置,总体结构简洁、大方,底座等材料还属于废品重新利用,符合可持续发展的环保道路,而且其构造稳固,有利于系统性能的发挥。
检测出来的数据显示,其总体性能比较好,机械性能不错,如果经济允许,换上更加优质的元器件,其性能会更加完美。
6.2设计收获体会
通过这次比赛,我们收获匪浅。
学到了很多全新的知识,比如A/D数模转换,更加深了解了STM32F103ZET6最小系统板的使用和性能;
在制作的过程中遇到了很多困难,但我们相互安慰、鼓励,从不言弃,努力找出原因、突破难点,一步一步走向目的地;
最重要的是这四天三夜的奋战曾强了我们的合作精神,促进了我们的友谊!
6.3对设计进一步完善的建议
1、部分材料可能可以选取更轻便的材料。
2、部分结构可以合并到一起,减少工艺结构。
3、如果经济允许,可以换上性能更加好的元器件。
4、机械结构的构架和稳定性待加强。
附录1源程序
附录2电路图
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