基于单片机的电子秤系统设计 毕业论文.doc

毕 业 设 计（论 文） 设计（论文）题目： 基于单片机的电子秤系统设计 学 院 名 称： 湖南电气职业技术学院 专 业： 电气自动化 班 级： 11 自动化 01 班 姓 名： 指 导 教 师： 定稿日期： 2013 年 11 月 27 日 1 摘要 电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合 一体的现代新型称重仪器。它与我们日常生活紧密结合息息相关。 电子称主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元， 在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。电子称不但计量准确、快速方便，更 重要的自动称重、数字显示，对人们生活的影响越来越大，广受欢迎。 本系统的设计主要从硬件电路设计，软件编程调试，实物焊接调试三部分进 行详细阐述。硬件电路主要是基于单片机 at89s52 为核心的控制单元实现数据的 处理，采用压力传感器对数据进行采集，电子秤专用 24 位 ad 转换芯片 hx711 对 传感器采集到的模拟量进行 ad 转换，转换后的数据送到单片机进行处理显示， 数据显示由 lcd1602 液晶实现，液晶显示效果稳定无闪烁 关键词： at89s52 单片机；电子秤；压力传感器；hx711 2 目录 摘要 .1 目录 .2 第 1 章 绪论 4 1.1 课题背景与研究意义 4 1.2 系统设计要求 5 1.3 系统设计方案 .5 1.4 电子秤的主要组成 8 1.4.1 电子秤的基本结构 .8 1.4.2 电子秤的工作原理 .8 1.4.3 电子秤的计量性能 .9 第 2 章 系统硬件设计 .10 2.1 系统元器件选型及参数介绍 10 2.1.1 系统单片机选型 .10 2.1.2 系统传感器选型 .11 2.1.3 系统 ad 转换芯片选择 12 2.1.4 lcd 字符液晶显示 .14 2.1.5 系统时钟芯片选择 14 2.2 系统硬件电路设计 15 2.2.1 系统电源电路设计 15 2.2.2 系统单片机主控电路设计 16 2.2.3 系统显示部分电路设计 17 2.2.4 系统超重报警指示电路设计 18 2.2.5 系统按键输入电路设计 18 2.3 系统硬件电路的绘制与 pcb 线路板制作 .20 2.3.1 protell 99 se 软件介绍 20 2.3.2 系统原理图绘制与 pcb 印刷线路板制作 .20 第 3 章 系统软件设计 .23 3 3.1 系统主程序流程图 .23 3.2 系统显示部分流程图 .23 3.3 系统按键调整部分流程图 .24 第四章 系统的制作、安装与调试 25 4.1 系统的调试 .25 参考文献 26 致谢 27 附录 程序代码 28 4 第 1 章 绪论 1.1 课题背景与研究意义 电子秤作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易 等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家 法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设 备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效 益的提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和 商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起 到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及 加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经 济各领域，取得了显著的经济效益。 电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子秤与机械 秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点， 可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机 联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。从世界水平看，衡器技术已经经 历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分 机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价 秤。我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。现 今电子衡器制造技术及应用得到了新发展：电子称重技术从静态称重向动态称重 发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测 量发展。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。 5 1.2 系统设计要求 一、基本要求 设计并制作一款基于单片机的电子秤重系统。 二、具体要求 本课题研究的内容是以单片机 stc89c52rc 为控制核心，实现电子秤的基本 策略及价格计算功能。本课题在电子称的基本功能基础上扩展了电子日历及时钟 功能。该系统可以分为单片机最小系统、数据采集系统、人机交互界面系统、电 源系统、时钟及语音报数六大部分组成。单片机最小系统部分主要包括 stc89c52rc 和经典复位电路；数据采集部分由称重传感器、信号放大和 a/d 转换 部分组成，信号放大和 a/d 转换部分主要由专用型高精度 24 位 ad 转换芯片 hx711 实现；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用 4*4 矩阵键 盘和 1602 液晶显示器，可以方便的输入数据和直观的显示数据；时钟模块主要 由时钟芯片 ds1302 和时钟电路组成；语音报数模块可语音报读电子秤系统的重 量、单价、金额等语音内容，主要由 sc1010b 电子称专用语音芯片实现。 本课题的主要设计任务如下所述： 1）系统可实现电子称基本的称重功能（称重范围为 05kg，重量误差不大 于0.005kg） ； 2）系统应具备输入单价，计算总价及语音报价的功能； 3）系统超出最大测量范围 5kg 时应有报警指示功能（蜂鸣器报警提示） ； 4）该电子称设计需完成电子日历及时钟显示功能的扩展。在未称重状态下 系统应具备显示年月日、星期及时钟功能。 1.3 系统设计方案 结合所学知识，通过查找资料和论证，可通过以下方案来实现课题要求实 现的指标，各方案介绍如下所述。 方案一 数码管显示： 6 数据采集 ad 转换 单片机处理 led 显示 图 1-1 数码管显示方案 此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换 功能的单片机。由此设计出的电子秤系统，硬件部分简单，接口电路易于实现， 并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是： 硬件部分简单，虽然可以实现电子称基本的称重功能，但是不能实现外部数据的 输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的 数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物 清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系 统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。 方案二 在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界 对单片机内部的数据设定，使电子称实现称重计价的功能。 结构简图如图 1-2 所示： 数据采集 ad 转换 单片机处理 led 显示 按键处理 图 1-2 带有键盘输入的结构简图 此方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能， 在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时，如果 数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要 较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的 i/o 接口供数码管使用，比较麻烦。 方案三 前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施来增加信号采集强度 7 但会增加相应的设计成本；显示方面采用具有字符图文显示功能的 lcd 显示器。 这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单、 所称量的物体信息等相关内容，当需要增加扩展功能时可以通过切换液晶显示界 面的方式来实现。 结构简图如下图 1-3 所示： 数据采集 ad 转换 单片机处理 lcd 显示 按键处理 信号放大 图 1-3 带有键盘输入及液晶显示的结构简图 鉴于上述三种方案的优缺点，本系统在设计时充分考虑到系统的实用性及成 本的可行性的前提下，设计完成了最终的电子称方案，最终的硬件设计方案图如 图 1-4 所示，该方案增加了电子日历功能，从而使本系统的设计功能得到了很好 的扩展应用。 图 14 硬件设计方案 压 力 传 感 器 信 号 放 大 信 号 转 换 单 片 机 键盘控制 lcd 显示 8 1.4 电子秤的主要组成 1.4.1 电子秤的基本结构 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也 可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的 电了秤均由以下三部分组成： 1） 承重、传力复位系统 它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体， 一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构 等。 2） 称重传感器 即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电 的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。 按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、 电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振 式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。 对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好 的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作 条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。 3) 测量显示和数据输出的载荷测量装置 即处理称重传感器信号的电子线路（包括放人器、模数转换、电流源或电 压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输 和存贮器件等） 。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电 路中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等 环节。 1.4.2 电子秤的工作原理 当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器， 9 传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关 系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等） 。此信号由放大电路进行放大、 经滤波后再由模数( a/d)器进行转换，数字信号再送到微处器的 cpu 处理， cpu 不断扫描键盘和各功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行 必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需 要显示时，cpu 发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。 一般地信号的放大、滤波、a/d 转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。 1.4.3 电子秤的计量性能 电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度 等级等。 (1) 量程：电子衡器的最大称量 max，即电子秤在正常工作情况下，所能称 量的最大值。 (2) 分度值：电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值。用 e 或 d 来表示。 (3) 分度数：衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用 n 表示。 电子衡器的最大称量 max 可以用总分度数 n 与分度值 d 的乘积来表示，即 max=nd (4) 准确度等级 国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成 t、ii、iii、四类等级， 分别对应不同准确度的电子秤和分度数 n 的范围，如表1-1所示： 表1-1 不同准确度的电子秤和分度数 10 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 vcc1+0.2v 时，由 vcc2 向 ds1302 供电，当 vcc2(temp+4)break; a=readcount(); aa=(uint)(a/100)-temp; weight=(uint)(float)aa/4.4+0.05); weight=weight-qi_weight; /去皮 if(weight=0) if(weight5000) chaozhong_flag=1;tr0=1; /重量大于 5000g，超重报警 ? else chaozhong_flag=0;tr0=0;clock=1; weizhi_zifu(0x00,+); else weizhi_zifu(0x00,-); void press(uchar *s) unsigned char dat; nn: p3=0xf0; /保存第一位 31 while(p3=0xf0) get_weight();/得到重量 if(weight0) weight_shuzhi(weight);/显示重量 else weight_shuzhi(-weight); dat=key_scan(); if(dat=0/显示重量 else weight_shuzhi(-weight); dat=key_scan(); if(dat=0 price_shuzhi(2,dat+0x30);/显示 s+; if(dat=16) /去皮 qi_weight=weight+qi_weight;goto mm