用单片机控制的高精度智能电子秤设计项目计划书.docx

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用单片机控制的高精度智能电子秤设计项目计划书

用单片机控制的高精度智能电子秤设计计划书

1绪论

随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。

常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。

做为重量测量仪器，智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。

1.1电子秤的发展现状

电子秤是载于秤的台座、盘、钩上的物品的重量由传感器蠕变反应平衡，而

由仪器数字显示的电子衡器。

电子秤集机、电、仪于一体，具有多功能、高精度、

快速和动态计量、稳定可靠等特征，代表了衡器产品发展的方向。

电子秤属于日

用衡器，为劳动密集型产品。

电子秤产品总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能

趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制

信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。

1.2数字电子秤的研究背景

本设计题目研究一种用单片机控制的高精度智能电子秤设计方案。

这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便，集质量称量功能与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。

项目的标准要求与OIMLR76国际建议基本吻合，与国际水平接轨。

本项目研究的便携式电子秤的主要技术指标为：

（1）量程：

0～10kg

（2）分度值：

0.01kg

（3）误差：

≤0.02kg

（4）精度：

OIMLⅢ级[4]

（5）电源：

DC1.5V，AA电池1节

（6）体积：

约130×80×20mm

（7）工作环境：

温度0～40℃，湿度20～95％RH；

（8）功能：

开机自检、去皮、计价、清除、累计、自动休眠、中文液晶显示、过载报警、欠压提示等；仪器若不进行称量操作，5分钟后自动进入休眠模式，降低电源消耗。

2方案设计

本设计由以下四部分组成：

电阻应变传感器、信号放大系统、模数转换系统、显示器。

其原理图如下所示。

测量过程是把被测物体的重量通过传感器将重量信号转化为电压信号输出，放大系统把来自传感且微弱信号放大，放大后的电压信号经过模数转换把模拟量转换成数字量，数字量通过数字显示器显示重量。

传感器的测量电路我们选用单臂电桥测量电路，应变电阻作为桥臂电阻接在电桥电路中。

无压力时，电桥平衡，输出电压为零；有压力时，电桥的桥臂电阻值发生变化，电桥失去平衡，有相应电压输出。

3单元电路的设计

3.1传感器的选择

3.1.1电阻应变式传感器的组成以及原理

电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。

由电阻应变片和测量线路两部分组成。

常用的电阻应变片有两种：

电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。

电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，所以测量时我们一定要注意，其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：

A.电阻丝温度系数引起的。

B.电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。

对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。

非线性误差是传感器特性中最重要的一点。

产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。

 滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。

由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。

图2应变式传感器安装示意图

单臂电桥测量电路中，将一个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：

R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uout＝KEε/4。

本设计采用L—PSIII型电阻应变式传感器

3.1.2电阻应变式传感器的测量电路

常规的电阻应变片K值很小，约为2，机械应变度约为0.000001—0.001，所以，电阻应变片的电阻变化范围为0.0005—0.1欧姆。

所以测量电路应当能精确测量出很小的电阻变化，在电阻应变传感器中做常用的是桥式测量电路。

桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U，另一个对角线为输出电压Uo。

其特点是：

当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。

测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，我们在制作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。

图3单臂电桥测量电桥图

它由电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右，测量电桥的电源由稳压电源Uin供给。

将差动放大器调零，合上电源开关，调节电桥平衡电位RW1，使数显表显示0.00V。

将10只标准砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V（2V档测量）或－0.200V。

拿去托盘上的所有砝码，调节电位器RW4（零位调节）使数显表显示为0.0000V。

重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。

成为一台原始的电子秤。

3.2ADC0809A/D转换器

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。

它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

3.3ADC0809的内部逻辑结构：

由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。

三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

2.3.1引脚结构：

放大电路

IN0－IN7：

8条模拟量输入通道

ADC0809对输入模拟量要求：

信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

地址输入和控制线：

4条

ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。

当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。

A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。

通道选择表如下表所示。

C

B

A

选择的通道

0

0

0

IN0

0

0

1

IN1

0

1

0

IN2

0

1

1

IN3

1

0

0

IN4

1

0

1

IN5

1

1

0

IN6

1

1

1

IN7

数字量输出及控制线：

11条

ST为转换启动信号：

当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。

EOC为转换结束信号。

当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。

OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。

OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。

D7－D0为数字量输出线。

CLK为时钟输入信号线：

因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，

时钟电路

VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。

3.3.2ADC0809应用说明：

1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与8031直接相连。

2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。

3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。

4）在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。

5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。

6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。

3.4LED显示电路设计

3.4.1LED显示器结构与原理

LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。

在单片机应用系统中通常使用的是七段LED。

这种显示块有共阴极与共阳极两种。

共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地。

当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。

3.4.2LED显示器与显示方式

在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器。

N位LED显示器有N根位选线和8*N根段选线。

根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。

段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮，暗。

LED显示器有静态显示与动态显示两种方式。

我们使用的为动态显示LED动态显示方式。

在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴极点或共阳极点分别由响应的I/O口线控制。

图5MCS-51的接口电路LED显示电路图

3.5报警电路的设计

报警电路是超过设定的范围，单片机输出信号驱动蜂鸣器发声警报，如图所示，当BDLL端为低电平时，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器报警，反之不报警，这里设定当超过质量的上限时通过软件使8031的P1.0口清零，再过P1.0口出来的低电平信号连接到BELL端蜂鸣器发声报警。

图6报警电路

4总体电路的设计

本设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以半桥传感器为主,测量0～19.99Kg电子秤，随时可改变上限阈值，并达到阈值报警的功能。

本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用单臂电桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。

其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。

电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用单臂电桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。

ADC0809A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，然后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

5课程设计总结

我们认为，在这学期的电工电子课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在自己利用课外时间上，我们学会了很多学习的方法。

而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。

要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。

这次课程设计趣味性强，不仅锻炼能力，而且可以学到很多东西，在自己查找资料和同学的交流过程中，互动学习，将知识融会贯通。

同学互相提出的革新非常的好，认为本学期的课程设计模式非常实用。

但是提议可以申请将课程浓缩，在一定时间内只做这个，只有高度的集中才能作出好的东西。

时间的紧缺成为一个很大的问题。

也希望老师可以为我们知道一下以后的发展方向。

如果可以让每个人都有动手设计以及参与其他的各个流程，有专门的知道就更好了。

这对于我们的将来也有很大的帮助。

以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。

就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

6电路原理图

7参考文献

1、欧阳星明主编.数字逻辑（第二版）.武汉：

华中理工大学出版社，2005

2、康华光等编.电子技术基础--数字部分（第四版）.北京:

高等教育出版社，2000

3、阎石等编.数字电子技术基础（第四版）.北京:

高等教育出版社，1998

4、秦增煌等编.电工学（第七版上下）.北京:

高等教育出版社，2009

5、胡国庆等编.电工电子实践教程.北京:

清华大学出版社，2007