基于压力传感器的电子秤设计

1、传感器及测试技术课程设计课题名称：基于压力传感器的电子秤设计小组成员：姓名： 学号： 班级： 指导教师： 说明： 为满足实用电子称的设计要求，进行了各单元电路方案的比较论证及确定统以at89s52控制核心，选用了压力传感器，该传感器灵敏度高、线性度和复性好；对于关键的adc，经过充分比较、论证，最终选用了高分辨率信号调理adc-ad7714，该芯片内集成了缓冲器、时钟发生器、可编程增益放大器、数字滤波器、-调制器以及电荷平衡式/转换器等电路，由于7714采用了-技术实现/转换，具有线性度好、功耗低、增益可编程，无须前端信号调理等优点；系统选用ds12c887作为日历时钟芯片，并存储标定系数，8

2、279作为键盘管理芯片，采用内藏显示控制器t6963c的点阵图形式显示器mgls-240128t，接口简单，编程容易，美观大方。最后的实验表明，系统完全达到了设计要求，不但完成了基本要求，发挥部分的要求，还增加了标定、时钟和过载提示三个创新功能。1 设计方案包括基本要求，发挥部分及其它创新部分1.1 基本要求（1）能用简易键盘设置单价，加重后能同时显示重量、金额和单价；（2）重量显示：单位为公斤；最大称重为9.999公斤，重量误差不大于0.005公斤；（3）单价金额及总价金额显示：单价金额和总价金额的单位为元，最大金额数值为9999.99元，总价金额误差不大于0.01元；（4）具有去皮功能和总

3、额累加计算功能。1.2 发挥部分能显示购物清单，自拟10种商品名称或代号，清单内容包括：商品名称，数量，单价，金额，本次购物总金额。（1）清单内容的商品名称等可使用代号显示；（2）清单内容增加购货日期和收银员编号；（3）清单内容在（2）的基础上增加售货单位名称，且全部内容采用中文显示。1.3 创新部分 在完成基本要求和题目所提出的发挥部分要求的情况下，考虑到电子称实际应用的需要，又增加了标定和时钟功能，另外由于实际当中，称可以有一定量的过载，但不能超出要求的范围，为此我们还设计了过载提示功能。2 单元电路的方案论证与电路参数计算本系统要求设计并制作一个实用电子称，能称重、计价、汇总，并能显示购

4、物清单、日期等。根据上述设计要求画出的系统总体电路框图如图1所示。中央处理单元信号放大调理电路压力传感器点阵式lcd模/转换时钟芯片电源电路简易键盘图1 系统总体框图21 a/d转换器选择a/d转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会使得整个设计毫无意义。按设计要求：电子称最大称重为9.999公斤，重量误差不能大于0.005公斤。我们的理解是满刻度时，只能有5g的误差，精度要求较高，为0.05%。a/d转换器位数的选择：传感器的灵敏度仅为1.80.08 mv/v，在加上5v激励后，实测输出仅17mv。 按上述精度要求，a/d转换后，每位代表的重量不应高于：，所以至少需要n11位adc(其

5、分辨率为)，考虑前向通道中，传感器、信号放大及调理电路等的精度损失，选用的ad至少需要比计算高出2位以上，即至少需要14位的adc，因此，常用的12位逐次比较式的ad574a、max197及4位半双积分式的tlc7135都不能满足要求。方案：选用高分辨率信号调理adc经过多方比较、论证，最终，我们选择了美国ad公司推出的一款24位分辨率的多路信号调理模数转换器件ad7714。该芯片内集成了缓冲器、时钟发生器、可编程增益放大器、数字滤波器、-调制器以及电荷平衡式/转换器等电路，由于7714采用了-技术实现/转换，使它更加不受噪声环境的影响, 具有线性度好、功耗低、增益g=1128可编程，无须前端

6、信号调理、可编程低通滤波器截止频率等优良特性，非常适合于工业过程控制及便携式仪器应用中温度、压力等高精度测量。adc与at89s52的接口电路如图2所示，非常简单。22 液晶显示电路 按题目要求，和实用的角度来说，显示部分最好是选用液晶显示器。液晶显示器有段式、点阵字符式、点阵图形式等几种。我们选择了平常训练时采用的点阵图形式显示器，型号为mgls-240128t,内藏显示控制器t6963c。虽不含字库，但接口简单，编程容易，美观大方。当然，从实用的角度讲，应选择细长型的较好。液晶显示器与mcu的接口如图3所示。图2 ad7714与at89s52的接口电路 图3 液晶显示器与mcu的接口23

7、键盘电路由于电子称需要设置单价（需一个设置键和十个数字键），还具有去皮、累计、标定、结算、确认、删除等功能，总共需设置18个键（包括一个复位键）。考虑到单片机外围电路多，需要处理的任务多，为减轻单片机的负担，又使得键盘操作简单可靠，我们采用了键盘管理芯片8279，由于这是一种常用电路，它与单片机的接口电路不再赘述。24 日历时钟电路按发挥部分的要求，需要显示购货日期。最简单的办法是在电路中增加了一颗日历时钟芯片。既有串行接口的，如ds1302等，但他们往往需要外加电池，保证系统失电时保存数据，编程较麻烦；也有并行接口的，与ram使用同一个插座，我们选用的是自带锂电池，解决了y2k问题的ds12

8、c887，它内部还具有114个ram可供系统在调电后存储标定系数等数据。与mcu的接口电路如图4所示。图4 ds12c887与mcu的接口电路26 电源电路 系统需要5v电源，传感器需要5v以上或10v以上的线性电源（不能用开关电源，否则称重数据不稳定）。我们买了一块廉价的，具有5v，12v输出的开关电源，5v直接作为数字电源，5v 由12v 通过lm7805和 lm7905进行dc/dc变换得到，效果非常好，物美又价廉。3 软件设计31 软件所实现的功能 称重 计价 累计，去皮 标定 键盘、显示 汇总32 软件流程系统的主程序流程框图如图5所示。开 始系统初始化显示主界面，读标定系数称重及数

9、据处理显示日历时钟读8279，判键有键吗？ny设置单价用数字键输入，并可修改确认去皮即清零累计金额 求和标定用1000克的砝码标汇总显示汇总界面显示收银员编号显示日期显示 商品名称等显示总金额图7 系统的主程序流程框图4测试方法与仪表41 测试仪表4位半数字万用表(mastech my-65)，双踪示波器(yb4325)，从1g到1000g的砝码（两套），计算器42 操作方法u 把传感器放平，接通电源，显示主界面，预热30分钟内，零点有漂移属正常；u 如果空称时显示不为零，可按去皮键清零；如需去除器皿皮重，先按去皮键，再在器皿上放物件，则显示净重；u 第一次使用或较长时间未用，则需用砝码标定；

10、u 如果物价重量超出测量范围，显示over!以示警告；u 单价设置时，先按设置键，再用数字键输入单价，可使用删除键修改。43 测试方法u 电子称放平，预热30分钟以上；u 把1g到10000g的砝码往称上放，读取显示重量；u 设置单价，当物件重量变化时，读取相应的金额；u 使用累计功能，读取总金额；u 用1000g的砝码标称，标定功能；u 使用汇总功能。4 4 测试数据及测试结果分析u 测试数据 按照操作方法，在实验室对1g到10000g的砝码进行测试,从小到大，然后从大到小，间隔一定时间，共测量10个来回，共20次；u 测试结果及分析 表一：重量测试结果与误差分析实际重量测示重量绝对误差相对

11、误差0.001kg2kg0. 001|1.999010%100%3kg2.9990.0010.033%4kg3.9990.0010.025%5kg4.9980.0020.04%表二：单价金额计算误差分析(随机重量和单价)实际重量单价（元）实际金额显示金额0.200kg126.0024.624.60.199kg15.323.053.040.500kg68.1634.0834.081.000kg3.563.563.565 结语通过测试，系统完全达到了设计要求，不但完成了基本要求，发挥部分的要求，并增加了标定、时钟和过载提示三个创新功能。我们自己也得到了很好的锻炼。6参考文献1 余永权. flash 单片机原理及应用. 北京：电子工业出版社，19972 王福瑞等编著。单片微机测控系统设计大全。北京航空航天大学出版社，19993 李华。mcs-51系列单片机使用接