基于电阻应变片的智能称重系统设计

-i-摘要称重技术的发展影响着人们的生活，测量物体的重量已经成为当代生活中必不可少的部分。近年来，智能电子称逐渐取代了台秤、杆秤、吊秤，成为了人们生活中的必需品。本次设计的电子秤有称重、计价、显示、超重声光报警等功能，具有速度快、寿命长、操作方便、准确度高、便于携带等优点。本次设计采用电子称专用24位A/D芯片HX711和电阻应变式传感器。电子秤运用单片机来完成，单片机选用STC89C52，控制电路实现称重、计价等功能。采用4*4矩阵键盘，该键盘具有容量大，操作便捷的等优点。显示器采用LCD1602，用它来显示称重的重量、单价和总价。本设计的称重量程为010Kg，当测量的物体超重时，蜂鸣器会发出刺耳的响声，同时报警灯变亮。关键词：HX711，电阻应变式传感器，STC89C52，LCD1602苏州大学本科生毕业论文（设计）1ABSTRACTDevelopmentofweighingtechnologyaffectspeopleslives,theweightofthemeasuredobjecthasbecomeanessentialpartofmodernlife.Inrecentyears,intelligentelectronicscalegraduallyreplacedthescales,steelyard,cranescale,hasbecomeanecessityinpeopleslives.Thedesignoftheelectronicscalewithweighing,pricing,display,overweightacousto-opticalarmandotherfunctions,andhastheadvantagesofhighaccuracy,fastspeed,convenientoperation,longservicelifeandconvenientcarrying.Usingthisdesignelectronicsaidspecial24bitA/DchipHX711andtheresistancestrainsensor.ElectronicscalebyusingtheMCUtocomplete,SCMSTC89C52,controlcircuitrealizestheweighing,pricingandotherfunctions.Usingthe4*4matrixkeyboard,thekeyboardhastheadvantagesoflargecapacity,convenientoperation.UsingtheLCD1602displaytheweight,unitpriceandtotalpriceweighting.Weighingrangeofthisdesignis010Kg,whenthemeasuredobjectsareoverweight,thebuzzerwillscreeched,andatthesametimethealarmlamplit.Keywords:HX711;resistancestrainsensor;STC89C52;LCD1602苏州大学本科生毕业论文（设计）2目录摘要.1ABSTRACT.2前言.3第一章绪论.41.1课题背景.41.2国内外研究现状.4第二章系统总体方案设计.62.1系统基本要求.62.2硬件系统设计方案.62.3软件系统设计方案.7第三章系统硬件设计.93.1单片机系统的设计.93.2电阻应变式传感器.113.3A/D转换芯片HX711.123.4显示模块电路.133.5矩阵键盘.143.6声光报警电路.153.7电子称的总电路.15第四章系统软件设计.174.1程序的总体设计.174.2主程序.184.3A/D转换程序.204.4按键处理程序的设计.204.5定时子程序.224.6显示子程序.23第五章系统调试与分析.255.1软件调试.255.2实物制作与调试.255.3实物误差分析.28结论.32文献综述.33致谢.34附录.35苏州大学本科生毕业论文（设计）3前言随着技术的进步，基于电阻应变片的智能称重系统已经广泛地应用到各行各业，实现了对物体准确、快速的称量，随着工业生产自动化程度不断提高，智能称重仪器已经成为自动化控制和日常生活中的必需的装置。20世纪80年代到90年代，我国称重传感器技术的发展非常迅速，除了品种迅速增加以外，产品的质量也不断提高。许多厂家都购置智能温度补偿装置，实现了规模化生产。紧接着称重传感器生产企业增加到150个，年产量两百多万只。规模大的企业从国内的市场拓宽到了国外的市场，开始了小批量的出口，企业年产值得到了很大的提高。国外的智能称重仪的电路设计中的放大电路采用OPA227和OPA228系列放大器，结合低噪声与精度高和宽的带宽，设计出的称重仪需要交流和精密直流性能。国外的学者也在设计中应用了ADG819/ADG820，其特点是精度高、低功耗、便于携带、靠电池供电。电阻应变式传感器用来测量机械、建筑、医疗、航空等领域的力、加速度、位移等参数。由此可知，该传感器的应用十分广泛，地位十分重要。本次毕业设计将基于电阻应变片的智能称重系统作为研究课题，主要任务及目标为：熟悉和掌握该系统主要使用电阻应变片、电桥电路、放大及A/D转换实现称重，结合单片机技术，实现数据采集、计算与显示。全文共分为五章。分别为绪论、系统总体方案设计、系统硬件设计、系统软件设计、系统调试与分析。苏州大学本科生毕业论文（设计）4第一章绪论1.1课题背景随着电子、微电子和机电技术的发展，市场上不断地涌现出智能化、数字化、功耗低的智能称重仪器。这些仪器不仅制造工艺简单，而且成本较低，这样一来，智能称重仪器的市场就变得相当有活力和竞争力。近年来,我国智能称重仪器的发展较快,许多有远见的企业制造商都纷纷生产这一产品。为了使称重系统智能化，制造商改进了A/D转换芯片，从而提高了模拟信号转换成数字信号的速度。电阻应变式传感器是智能称重仪常用的传感器，它用来测量机械、建筑、医疗、航空等领域的力、加速度、位移等参数。电阻应变式传感器的应用十分广泛，地位十分重要，在未来的几十年，它不容易被取而代之，相反会有许多科学家对它进行研究和改进。现在市场上电子秤存在很多问题，各方面都不完善。例如人们在货物买卖过程中经常会遇到黑心卖家计价作弊的行为，罪魁祸首当然是被人精心设计的电子称。所以，我想通过自己的努力，设计出一款比较完善的电子称，给人们的生活带来一定的便利。1.2国内外研究现状随着生活品质的提高，称重仪逐渐走进人们的生活，除了在菜市场、水果店、大小型工厂使用以外，也成了每家每户的必备品，超重或者偏瘦往往会造成一定的疾病，所以定时测量自己的体重是相当有必要的。称重仪必定将小型化、集成化、节能化、智能化、多功能化方向发展。国内外的许多专家不断地对称重仪进行研究和改进，来满足人们的各种合理的要求，同时也推动了社会的发展。苏州大学本科生毕业论文（设计）51.2.1国内研究现80年代到90年代，我国称重传感器的品种开始增多，并且质量得到了提高，步入了快速发展的阶段。许多厂家都购置智能温度补偿装置，实现了规模化生产。紧接着称重传感器生产企业增加到150个，年产量两百多万只。规模大的企业从国内的市场拓宽到了国外的市场，开始了小批量出口，企业年产值得到了很大的提高。国内的电子称重系统发展迅速，从机电结合型发展到数字智能型。电子称重技术逐渐从静态发展到动态，从单参数发展到多参数，从模拟发展到数字。如今，国内电子称重技术基本与国际接轨，更值得一提的是，少数产品在国际上名列前茅。由于智能电子秤拥有测量速度快、精度高、成本较低、携带方便等优点，所以它开始逐渐取代传统的台秤、杆秤、吊秤。当下，智能电子称已经成为测量领域的主流产品，国内许多爱美丽的年轻女孩几乎人手一个，用来控制自己的体重。1.2.2国外研究现状国外的智能称重仪和国内相比，之所以比较高端，是因为他们设计的称重仪电路非常完善，例如放大电路采用OPA227和OPA228系列放大器，双掷开关采用ADG819/ADG820。国外的智能称重仪的电路设计中的放大电路采用OPA227和OPA228系列放大器，结合低噪声与精度高和宽的带宽，设计出拥有交流和精密直流性能的称重仪。为了使得称重仪便于携带，国外的学者在设计开关时，应用了一款单芯片CMOS单刀双掷开关ADG819，它具有便于携带、精度高、低功耗、靠电池供电等优点。苏州大学本科生毕业论文（设计）6第二章系统总体方案设计2.1系统基本要求本次毕业设计将基于电阻应变片的智能称重系统作为研究课题，主要任务及目标为：熟悉和掌握该系统主要使用电阻应变片、电桥电路、放大及A/D转换实现称重，结合单片机技术，实现数据采集、显示、计算、超重声光报警。本系统设计方案由两部分组成，分别是硬件系统和软件系统。2.2硬件系统设计方案本次设计采用电子称专用24位A/D芯片HX711和电阻应变式传感器。电子秤运用单片机来完成，单片机选用STC89C52，控制电路实现称重、计价等功能。采用4*4矩阵键盘，该键盘具有容量大，操作便捷的等优点。显示器采用LCD1602，用它来显示称重的重量、单价和总价。本设计的称重量程为010Kg，当测量的物体超重时，蜂鸣器会发出刺耳的响声，同时报警灯变亮。2.2.1硬件系统的工作原理把物体放在托盘上，传感器的电阻应变片感受到压力，其阻值发生微小的变化，运用电桥电路把阻值的变化转化成电压的变化，然后输出模拟信号，HX711将模拟信号调整到A/D转换器能采集的范围，然后进行A/D转化，接着把采集到的数字信号送到单片机，经过单片机处理后，把数字信号输送到显示电路中，由显示电路输出重量、单价、总价。当测量重量超过量程时，蜂鸣器发出刺耳的响声，同时报警灯发亮。基于电阻应变片的智能电子秤的工作原理如图2-1所示。苏州大学本科生毕业论文（设计）7称重传感器A/D芯片HX711单片机STC89C52LCD16024*4矩阵键盘超重声光报警图2-1单片机电子秤的工作原理图2.2.2硬件的选型1.模数转换器方案一：HX711，它是24位A/D转换器芯片，它专门用于智能称重仪的设计。具有速度快、集成度高、抗干扰性强、价格较低等优点。方案二：ADC0832，它是NS公司生产的通用的8位模数转换器，具有功耗低，性价比高等优点。为了提高电子秤测量的精确度，选择方案一。2.单片机方案一：AT89C52，它具有功耗低，抗干扰强，速度快等优点。方案二：MSP430，它具有功耗低，速度快等优点，但是成本比较高。为了提高电子秤测量的性能，降低设计的成本选方案一。3.显示器件方案一：采用LCD1602，它能够同时显示32个字符，价格便宜。方案二：LCD12864，它能够同时显示128*64个字符。本次设计的电子秤只要显示重量，单价，总价，32个字符足够了，用LCD12864的话有点小题大做，综合考虑选方案一。2.3软件系统设计方案软件系统的设计分为三个重点，分别为A/D转换程序、按键处理程序、显苏州大学本科生毕业论文（设计）8示程序。本次设计的程序需要实现A/D转换，按键处理，超量程声光报警，重量、单价、总价的显示等功能。软件系统设计的流程图如图2-2所示。显示初始化启动A/D转换定时器初始化读取重量值超过上限？键盘扫描显示总价显示重量值YN声光报警结束开始图2-2主程序流程图苏州大学本科生毕业论文（设计）9第三章系统硬件设计3.1单片机系统的设计一、STC89C52单片机特点1.机器周期：6个或者12个；2.工作电压：5V或者3V；3.工作频率范围：040MHz；4.用户应用程序空间为8K字节；5.片上集成512字节RAM；6.四个8位双向I/O端口；7.ISP/IAP：可以直接通过P3.0/P3.1口接下载用户程序，无需专用编程器；8.EEPROM功能；9.3个16位定时器/计数器；10.外部中断请求信号的两种类型：下降沿有效和低电平有效。二、STC89C52的引脚功能介绍VCC（40）：电源电压；GND（20）：接地；P0口（32-39）：P0口是漏极开路的8位双向I/O端口，可作为低8位地址总线或8位双向数据总线。设计中P0.0P0.7用于连接显示LCD1602；P1口（1-8）：P1口是8位双向I/O端口，用作通用端口。设计中P1.0P1.7用于连接4*4矩阵键盘；P2口（21-28）：P2口是内部上拉电路的8位双向I/O端口，可用作高8位地址总线；P3.4口（14）：T0外部计数信号输入端，设计中P3.4用于连接HX711的引脚DOUT；P3.5口（15）：T1外部计数信号输入端，设计中P3.5用于连接HX711的引脚PD-SCK；RST（9）：复位输入；苏州大学本科生毕业论文（设计）10EA（31）：输入信号，访问外部ROM的控制信号。EA接地，单片机从外部ROM读取指令。EA接高电平，单片机单片机从内部ROM读取指令。设计中EA接高电平。STC89C52引脚图如图3-1所示。图3-1STC89C52引脚图三、单片机主控电路单片机主控电路可分为时钟电路和复位电路，本次设计的复位操作为手动按键复位，如图3-2所示。Y111.0572MC220pFC320pFR110KC110uFP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31(AD7)P0.732(AD6)P0.633(AD5)P0.534(AD4)P0.435(AD3)P0.336(AD2)P0.237(AD1)P0.138(AD0)P0.039VCC40U1STC89C52DOUTPDSCKVCCGNDGND12U10CON21234K2P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7图3-2单片机主控电路图苏州大学本科生毕业论文（设计）113.2电阻应变式传感器一、电阻应变式传感器的简介电阻应变式传感器是智能称重仪常用的传感器，它用来测量机械、建筑、医疗、航空等领域的力、加速度、位移等参数。电阻应变式传感器的应用十分广泛，地位十分重要。它具有稳定性好、灵敏度高、寿命较长、对测量环境要求不太高等优点。二、电阻应变式传感器的组成它由弹性敏感元件、电阻应变片、电桥电路组成，如图3-3所示。弹性敏感元件电阻应变片电桥电路力图3-3电阻应变式传感器的组成图三、电阻应变片的原理电阻应变效应，即导体的机械形变使得其阻值发生变化。导体发生机械形时阻值改变的的原因是导体的电阻率、长度、截面积发生变化。电阻，SlR/纵向应变，横向应变。（l为长度，S为横截面积，rl/rS/2/为截面半径）四、电桥电路电桥电路将电阻应变片阻值的微小变化转化成电压的微小变化，从而产生模拟信号。电桥电路选择差动全桥，因为差动全桥不仅可以提高电桥的灵敏度，消除电桥的非线性误差而且还可以进行温度补偿。当电桥平衡时，,那么输出的电压4321R4321R。该差动全桥电路如图3-4所示。/REU图3-4差动全桥电路11223344苏州大学本科生毕业论文（设计）123.3A/D转换芯片HX711一、HX711芯片的简介HX711是电子称专用的24位A/D转换芯片，与其他A/D转换器不同的是该芯片集成了稳压电源、片内时钟振动器等外围电路，它具有速度快、集成度高、成本较低、抗干扰性强等优点。2、HX711芯片的模拟输入通道模拟输入通道可以是通道A或B。通道A的可编程增益为64或128。当可编程增益为64时，满额度差分输入信号幅值为40mV；当可编程增益为128时，满额度差分输入信号幅值为20mV。通道B的可编程增益为32，用于检测系统参数。本次设计选用了通道A，通道A和其内部的放大器相连，将传感器输入的模拟信号进行放大。3、HX711芯片的串口通讯HX711芯片的串口通讯线由管脚PD-SCK和管脚DOUT组成，用来输出数据。当DOUT为高电平时，没有数据输出，此时PD-SCK为低电平。当DOUT为低电平时，PD-SCK应该输入2527个不等的时钟脉冲。当A/D转换器的输入通道或增益改变时，A/D转换器需要4个数据输出周期才能稳定，管脚DOUT在4个数据输出周期后才会从高电平变成低电平，输出有效数据。四、HX711芯片与其他元器件的连线HX711芯片的通道A的正负两端和传感器的接口相连，使得传感器的模拟信号输入HX711中。单片机的P3.4口接DOUT，P3.5口PD-SCK，HX711芯片转换好的数字信号输入单片机中。HX711芯片的接线图如图3-5所示。VCCGNDDOUTPD-SCK12345678910U2OUTINA-INA+GND图3-5HX711芯片接线图苏州大学本科生毕业论文（设计）13五、HX711芯片有16个管脚，管脚功能如表3-1所示。表3-1HX711管脚功能管脚号名称性能描述1VSUP电源稳压电源2BASE模拟输出受稳压电源控制3AVDD电源模拟电源4VFB模拟输入受稳压电源控制5AGND地模拟地6VBG模拟输出参考电源输入7INA-模拟输入通道A的输入端（负）8INA+模拟输入通道A的输入端（正）9INB-模拟输入通道B的输入端（负）10INB+模拟输入通道B的输入端（正）11PD-SCK数字输入串口时钟输入12DOUT数字输出串口数据输出13X0数字输入输出晶振输入14X1数字输入外部时钟输入15RATE数字输入控制输出数据速率16DVDD电源数字电源：2.6-5.5V3.4显示模块电路本次设计的显示器采用LCD1602，用它来显示称重的重量、单价和总价。LCD1602可以显示32个字符，十分适合用于本次的设计。LCD1602的引脚功能如表3-2所示。显示电路如图3-6所示。表3-2LCD1602的引脚功能引脚号引脚名称引脚功能含义1VSS地管脚2VDD+5V电源管脚3VO显示驱动05V电源，可接电位器4RS数据和指令选择控制端5R/读写控制线，R/=0：写操作；R/=1：读操作6E数据读写操作控制位。714DB0DB7数据线，用8位连接或者高4位连接15LEDA背光控制正电源16LEDK背光控制地苏州大学本科生毕业论文（设计）14beepalertP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31(AD7)P0.732(AD6)P0.633(AD5)P0.534(AD4)P0.435(AD3)P0.336(AD2)P0.237(AD1)P0.138(AD0)P0.039VCC40U1STC89C52VCCVCCCOM1R12R23R34R45R56R67R78R89U11PAIZUGND1VCC2V03RS4R/W5EN6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16LCD1602U3LCD1602RT1RTGNDGND图3-6LCD显示电路3.5矩阵键盘键盘分为编码键盘和非编码键盘，非编码键盘分为独立式和矩阵式。本次设计定义了4*4矩阵键盘的3个功能键、10个数字（09）和小数点（#）有效。键A为清零键，按下后显示清零；键B为删除键，按下后调节单价；键D为确定键，按下后输出总价。ROW1、ROW2、ROW3、ROW4为行扫描信号，COL1、COL2、COL3、COL4为列扫描信号。行信号为输入信号，列信号为输出信号，都是低电平有效。当不按键时，对应的列信号输出高电平；当有键按下并且行扫描输入低电平信号时，对应的列信号输出低电平，那么按下的键输出有效。矩阵式键盘结构如图3-7所示。苏州大学本科生毕业论文（设计）15图3-7矩阵式键盘结构3.6声光报警电路本次设计的测量量程为010kg。当测量的物体超重时，蜂鸣器会发出刺耳的响声，同时报警灯变亮。声光报警电路如图3-8所示。U7PNPU8BELLVCCGNDR51KbeepalertR31KVCCLED2LED图3-8声光报警电路图3.7电子称的总电路电子称的总电路分为七个部分，分别为：单片机主控电路、HX711、LCD显示电路、电阻应变式传感器、矩阵键盘、声光报警电路、电源电路。本次设计的电子称靠单片机来实现数据采集、计算和显示，换句话说，单苏州大学本科生毕业论文（设计）16片机主控着整个电路。单片机的P0.0P0.7口和P2.5P2.7口用于连接LCD1602显示器，实现重量、单价、总价的显示。单片机的P1.0P1.7口用于连接4*4矩阵键盘。单片机的P2.2口接超量程报警灯电路和P2.3口接超量程蜂鸣器电路，实现声光报警。P3.0和P3.1口接程序下载器。单片机的主控电路由复位和时钟电路组成，RST接复位电路，XTAL1和XTAL2接时钟电路。传感器与HX711的INNA和INPA相连，传感器的模拟信号输入HX711芯片中。P3.4口接HX711的DOUT，P3.5口接HX711的PD-SCK，HX711芯片实现模数转换，把数字信号传送到单片机中。电子称的总电路如图3-9所示。GNDR210KVCU7PNPU8BELVCGNDR51KbepLED1LEDY11.0572MC220pFC320pFR110KC110uFLCD显示电路1234U9HX71接口VCGNDDOUTPD-SCKbepalertP1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RXD)10P3.1(TXD)1P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL218XTAL119GND20(A8)P2.021(9)P2.12(A10)P2.223(A1)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/VP31(AD7)P0.732(AD6)P0.63(AD5)P0.534(AD4)P0.435(AD3)P0.336(AD2)P0.237(AD1)P0.138(AD0)P0.039VC40U189C51/C52DOUTPDSCKVCVC单片机主控电路GNDGNDalert声光报警电路R31KVCLED2LED12U10CON2VC12345678910U2OUTOUTINA-INA+GNDINA-INA+GNDCOM1R12R23R34R45R56R67R78R89U1PAIZU1234K2GND1VC2V03RS4R/W5EN6DB07DB18DB29B310DB41DB512DB613DB714A15K16LCD1602U3LCD1602RT1RTGNDGND123456784CON8矩阵键盘接口P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7电源电路传感器接口图3-9电子称的总电路苏州大学本科生毕业论文（设计）17第四章系统软件设计4.1程序的总体设计本次设计的程序流程图如图4-1所示，具体步骤如下：1.系统通电，显示初始化；2.定时器开始工作，每0.5秒称重一次；3.启动A/D转换；4.显示重量、单价和总价；5.键盘扫描；6.超重声光报警。显示初始化启动A/D转换定时器初始化读取重量值超过上限？键盘扫描显示总价显示重量值YN声光报警结束开始图4-1主程序流程图苏州大学本科生毕业论文（设计）184.2主程序voidmain(void)Init_LCD1602();EA=0;Data_Init();Port_Init();Timer0_Init();/初始化完成，开中断EA=1;LedA=1;/背光LCD1602_write_com(0x80);/指针设置LCD1602_write_word(Welcometouse!);To_Zero();LCD1602_write_com(0x80);/指针设置LCD1602_write_word(WE:.PR:.);LCD1602_write_com(0x80+0x40);/指针设置LCD1602_write_word(MON:);Display_Price();while(1)if(FlagTest=1)/每0.5秒称重一次AdVal=ReadCount();weight=FullScale-AdVal/1000;/称重得到重量值weight，单位为kgif(weight0x8000)weight=0;weight=10000*weight/FullScale;weight=weight*RATIO;if(weight=10000)/如果超量程，则报警beep=0;苏州大学本科生毕业论文（设计）19alert=0;LCD1602_write_com(0x83);LCD1602_write_word(-.-);else/如果不超量程beep=1;alert=1;Display_Weight();/显示重量值if(FlagSetPrice=1)/如果单价设定好了，则计算价格money=weight*price/1000;Display_Money();/显示总金额elseLCD1602_write_com(0x80+0x40+4);LCD1602_write_word(.);FlagTest=0;/清测试标志keycode=Getkeyboard();/获取按键if(keycode=200)FlagTest=1;/每0.5秒刷新重量Counter=0;4.6显示子程序#includeLCD1602.h/MS延时函数(12M晶振下测试)voidLCD1602_delay_ms(unsignedintn)unsignedinti,j;for(i=0;i0)LCD1602_write_data(*s);s+;voidInit_LCD1602()LCD1602_EN=0;LCD1602_RW=0;/设置为写状态LCD1602_write_com(0x38);/显示模式设定LCD1602_write_com(0x0c);/开关显示、光标有无设置、光标闪烁设置LCD1602_write_com(0x06);/写一个字符后指针加1LCD1602_write_com(0x01);/清屏指令苏州大学本科生毕业论文（设计）25第五章系统调试与分析5.1软件调试一、软件调试步骤1.启动Keil软件；2.新建工程项目；3.设置工程的软硬件环境；4.建立源程序文件；5.编译。二、程序编译由编译结果可得，程序运行正确。最后的编译结果如图5-1所示。图5-1编译结果5.2实物制作与调试实物的制作与调试是论文设计的重点。依照电子称的硬件设计进行实物的制作，完成后对称重、计价、超重报警功能进行调试。5.2.1实物制作苏州大学本科生毕业论文（设计）26一、制作实物过程中的材料清单如表5-1所示。表5-1材料清单名称规格位号数量陶瓷电容22PFC2,C32电解电容10uFC1,1电阻10KR1,R22电阻1KR5，R32晶振12MHZJ11按键KEYK1，K22灯LEDLED1,LED22蜂鸣器SOUNDERU81三极管S8550U71显示器LCD1602U31单片机STC89C52RCU11AD芯片HX711U21排阻4.7kU111二、实物图如图5-2所示。图5-2实物图5.2.2实物调试一、实物调试的步骤1.装好电池，按下电源开关，启动电子称，指示灯变亮，LCD1602屏幕发亮；2.测量前先按清零键A，此时LCD1602显示的重量、单价、金额全部为0；苏州大学本科生毕业论文（设计）273.在托盘上放上待称重的物体，然后LCD1602屏幕显示重量，重量值精确到小数点后三位；4.输入单价，按下键D，然后LCD1602屏幕显示单价和总价，单价和总价精确到小数点后一位；5.称重量程为010kg，单价设定范围为0元99.9元，总价显示范围为0元999.9元。超过量程时，灯发亮同时蜂鸣器发出响声；6.如果需要继续测量，那么就按复位键，重复上面的步骤；如果不需要测量，就关闭电源开关，拔下电池，收好电子称。二、称重与计价功能的调试按下电源开关，启动电子称，放上一个橘子后程序正常运行，显示重量为0.179kg，设单价为5元/kg，按下确认键D，显示总价为0.8元，称重物品的示意图如图5-3所示，重量、单价和总价如图5-4所示。图5-3称重橘子图图5-4显示重量与价格图三、超量程报警功能的调试本次设计的单片机电子称的称重量程为010kg，超过10kg声光报警。在调试过程中本人用臂力压着托盘，显示器的WE的值不断上升，当超过10kg时，报警灯点亮同时蜂鸣器发出响声，WE不显示数据。如图5-5所示。苏州大学本科生毕业论文（设计）28图5-5超重报警图5.3实物误差分析本次设计的单片机电子称在测量时存在误差，经过测量计算后得出测量精度为2.714g，然而市场合格的电子称的测量精度在01g之间。相比较之下，本次设计的电子称存在一些不足，有待改进。5.3.1砝码的定标测量电子称存在的误差需要用到砝码，为了确保砝码精确无误，必须把砝码放在标准的电子称上面称重。把一个500g的砝码放在标准的电子称上，测量结果表明，砝码精确无误。测量如图5-6所示，显示的重量如图5-7所示。图5-6称重砝码图图5-7显示重量图苏州大学本科生毕业论文（设计）295.3.2单片机电子称的误差一、测量200g砝码的质量按下电源开关，启动电子称，按下键A清零，放上200g砝码后程序正常运行，显示的重量为0.191kg，算出相对误差为4.5%。称重200g砝码如图5-8所示，显示的重量如图5-9所示。图5-8称量200g砝码图图5-9显示重量图二、测量500g砝码的质量取下200g砝码，按下复位键，然后按下键A清零，放上500g砝码后程序正常运行，显示的重量为0.485kg，算出相对误差为3%。称重500g砝码如图5-10所示，显示的重量如图5-11所示。图5-10称重500g砝码图苏州大学本科生毕业论文（设计）30图5-11显示重量图三、测量1kg砝码的质量取下500g砝码，按下复位键，然后按下键A清零，放上1kg砝码后程序正常运行，显示的重量为0.979kg，算出相对误差为2.1%。称重1kg砝码如图5-12所示，显示的重量如图5-13所示。图5-12称重1kg砝码图图5-13显示重量图四、测量1.5kg砝码的质量取下1kg砝码，按下复位键，然后按下键A清零，放上1.5kg砝码后程序正常运行，显示的重量为1.472kg，算出相对误差为1.87%。称重1.5kg砝码如图5-14所示，显示的重量如图5-15所示。图5-14称重1.5kg砝码图苏州大学本科生毕业论文（设计）31图5-15显示重量图五、测量2kg砝码的质量取下1.5kg砝码，按下复位键，然后按下键A清零，放上2kg砝码后程序正常运行，显示的重量为1.958kg，算出相对误差为2.1%。称重2kg砝码如图5-16所示，显示的重量如图5-17所示。图5-16称重2kg砝码图图5-17显示重量图本次设计的单片机电子称在称量物体重量时存在误差，分别测量200g、500g、1kg、1.5kg、2kg砝码的质量，然后分别计算它们的相对误差，算出平均值为2.714%。所以该电子称的测量精度为2.714g。5.3.3单片机电子称的误差分析1.电阻应变片受力拉长或者压缩后温度发生改变，使得电阻应变式传感器苏州大学本科生毕业论文（设计）32的灵敏度发生变化。采用差动全桥电路进行温度补偿。2.电桥电路本身具有非线性误差，使得采集的模拟信号进行A/D转换后的数字和施加在电子称上的重量不成线性关系。采用差动全桥电路消除非线性误差。3.电阻应变片的粘贴剂固化处理不好或者胶层过厚,会造成电阻应变片不遵循胡克定律，产生机械滞后。结论本次毕业设计将基于电阻应变片的智能称重系统作为研究课题，主要任务及目标为：熟悉和掌握该系统主要使用电阻应变片、电桥电路、放大及A/D转换实现称重，结合单片机技术，实现数据采集、计算、显示与超量程报警。经过几个月的努力，我终于如期完成了单片机智能电子秤的实物设计和论文报告。在做毕业设计的过程中，导师给我纠正了论文存在的问题，我及时做出了改正，最后完成了一篇合格的论文。本人设计的单片机智能电子称，总的来说功能比较多，但是还是存在一些问题，例如1.称重时存在误差；2.不能称量超过10kg的或者体积庞大的物体；3.显示的金额有限，不超过1千元；4.显示的单价和总价只能精确到小数点后面1位，不够精确；5按键开关在闭合的瞬间会产生510ms的抖动，按键处理程序没有采用延时来去抖。苏州大学本科生毕业论文（设计）33参考文献1陈日兴.数字式称重传感器的智能化功能演变与发展综述J.中国计量,2011,23(1):1-4.2汪显卫.基于HX711自动计价数显电子称设计J.硅谷,2012,5(1):10-13.3程智.简易电子称的设计N.电子世界.2013,7(1):12-15.4刘九卿.解析称重传感器误差计算用最佳拟合直线J.衡器.2014,2(1):3-6.5田佳琳,李琴.数字式应变称重传感器专用测量单元设计J.工业计量.2010,1(1):24-26.6杨青锋,张山平.基于我国称重传感器制造企业发展的探讨J.衡器.2010,3(1):10-12.7陈燕.浅谈电子称重技术J.计量与测试技术.2013,4(1):22-25.8李升.单片机原理与接口技术M.北京:北京大学出版社,2011:324.9吴建平.传感器原理及应用M.北京:机械工业出版社,2012:272.10陈蕾,邓晶,仲兴荣.单片机原理与接口技术M.北京:电子工业出版社,2012:318.11薛小玲,刘志群,贾俊荣.单片机接口模块应用于开发实例详解M.北京:航空航天大学出版社,2010:221.12陈海宴51单片机原理及应用M北京：北京航空航天大学出版社，2010:182.13吴玉林,方鹏斌,严黎华.简易数字电子称的设计N.咸宁学院学报,2010-12-15.14TORRESB,ZAFORTEZAIP,CALDERONPA,etal.AnalysisofthestraintransferinanewFBGsensorforstructuralhealthmonitoring.EngineeringStructures.2011.苏州大学本科生毕业论文（设计）3415ZhangXufei,WangJian.RealizationofremoteonlineupgradingtechnologybasedonRealViewMDKandIAPfunction.MechanicAutomationandControlEngineering(MACE),2010InternationalConference.2010.致谢首先感谢我的指导老师吴文明对我的耐心指导，他指出了我的初稿中存在的许多问题，我很认真地进行了改进，因此论文得到了很大的进步。他渊博的知识、无私的奉献、严格的要求激励着我不断地进步。通过这次毕业设计，我不仅学到了丰富的专业知识，动手能力也得到了提高。除此以外我还要感谢我的三个舍友，我们经常会在宿舍彼此交流写论文的注意点和经验，她们给了我很多宝贵的建议和准确的参考资料，正因为这样我的毕业设计才能得以顺序完成。最后，我还要感谢论文中涉及的各位学者，正所谓，前人栽树后人乘凉，正因为引用了他们的研究文献，电子称的设计才能得心应手。由于我的学术水平有限，所写的论文存在硬件或者软件上的问题，恳请各位同学和老师批评和指正。苏州大学本科生毕业论文（设计）35附录：中英文文献翻译名称称重传感器苏州大学本科生毕业论文（设计）36附录部分源程序：#include#include#include#includeLCD1602.h#includehx711.h#includekeyboard.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineRATIO1880/1000/1574/1000/2114/1623/定义量程系数volatilebitFlagTest=0;/定时测试标志，每0.5秒置位，测完清0volatilebitFlagKeyPress=0;/有键按下标志，处理完毕清0volatilebitFlagSetPrice=0;/价格设置状态标志/定义标识sbitLedA=P22;sbitbeep=P22;sbitalert=P23;/管脚定义intCounter;inti,iTemp;/显示用变量unsignedlongidataFullScale;/满量程AD值/1000unsignedlongAdVal;/AD采样值unsignedlongweight;/重量值，单位kgunsignedlongidataprice;/单价，长整型值unsignedlongidatamoney;/总价，长整型值/称重用变量unsignedcharkeycode;unsignedcharDotPos;/小数点标志及位置/键盘处理变量苏州大学本科生毕业论文（设计）37voidData_Init();voidPort_Init();voidTimer0_Init();voidTimer0_ISR();voidINT1_Init();voidKeyPress(uchar);voidTo_Zero();voidDisplay_Price();voidDisplay_Weight();voidDisplay_Money();voiddelay(inti)intj,k;for(j=0;j9999)/超出显示量程LCD1602_write_com(0x80+0x40+4);LCD1602_write_word(-.-);return;if(money=1000)LCD1602_write_com(0x80+0x40+4);LCD1602_write_data(money/1000+0x30)