数字电子秤课程设计 [文档在线提供]

1、目录第一节绪论 (31.1本设计的任务和主要内容 (31.2基本工作原理及原理框图第二节硬件电路的设计 (42.1 电阻应变式传感器的选择 (42.2 三运放大电路的设计 (52.3 ADC0809 A/D转换器 (52.4 LED显示电路的设计 (72.5 总体工作电路原理图.第三节软件的设计 (9第四节设计总结 (15参考书籍 (16程序附图 (17摘要现代社会的发展对其称重技术提出了更高的要求。目前,台式电了秤在商业贸易中的使用已相当普遍,但存在较大的局限性:体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。但是在工业测量中还没有让人们期待的电子秤出现。多年来,人们一直期

2、待测量准确、价格低廉的在工业发展中起到巨大作用的电子秤投放市场。本文设计了一种电子秤,论述了仪器的工作原理,介绍了仪器的误差来源与误差分配,给出了仪器电路设计与软件流程,探讨了仪器的工程设计技术。针对应变式称重传感器非线性影响大的问题,提出并建立了应变式称重传感器的非线性影响模型与校正模型,为电子秤的低成本准确称量奠定了理论基础。电子秤是主要由电源、称重传感器、单片机、键盘/开关、LED显示器等部分构成。主要技术指标为:称量范围300kg500kg;分度值0.01kg;精度等级m级;电源5v。仪器的技术指标参考了目前国内市场上使用最多、国内外产量最大的电子衡器的技术指标,其合理性无疑加大了产品

3、投放市场后的竞争能力。仪器主要功能有自检、计价、累计、单价设定、过载报警等。目前国际化的趋势是电子秤向小型化,模块化,集成化,智能化,其技术性能趋向于速率高,准确度高,稳定性该,可靠性高等,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电子秤。关键词单片机;应变式电阻器;放大器;滤波器AbstractThe development of the modern society has put forward higher request on weighing technology. The desk-top electronic scales have been great appli

4、cation in commercial trade, but they have many shortcomings such as large volume, high cost, AC supply power and not cove nince to carry, so they are restricted to use. The usual portable scales are lever scales which are mostly used by residents, and spring balance which measure through compression

5、 or drawing of spring. They are being rejected for their big measuring errors. People have been expecting cheap portable electronic scales which can measure accurately and be carried conveniently for many years.This thesis designs new-type portable electronic scales. It discusses the instrumental wo

6、rking principle, and introduces its error sources and how to distribute the error. And, the instrumental circuit, software-flow-chart and engineering designing technology are presented. Because capacitance weighing sensor is of bad non-linearity, the author put forward and set up a math model to rev

7、ise non-linearity, which establishes the theory basis for the instrument to measure accurately and be low-cost.The portable electronic scales consist of power, weighing sensor, microchip, keyboard/switch LED and etc. Its technical indictors include10kg maximal measuring range,10g division value, III

8、 precision, 1.5V work voltage. Its technical indictors refer to the indictors of the electri conic measuring tools of most popularity in the markets and of large output at home and board, so the instrument is strengthened the competitive power after putting on markets. It possesses many intelligentf

9、unctions, such as shelling, lack-of-power display, overload alarm, unit price enactment, accumulation computation, self-calibrating and etc. It can "sleep" automatically in five minutes if it is not measuring.New-type portable electronic scales can measure mass rapidly and accurately and c

10、ommunicate value. Furthermore, it is small, simply structured, easy to operate and convenient to carry. The instrument is able to meet the needs of commercial trade and residents, so its application has a bright future.Key Words Portable Electronic Scales; Capacitance Weighing Sensor; Non-linearity

11、Revision; Microcontroller; Error distribution; Engineering Design.数字电子秤设计第一节绪论本课程设计的电子秤以单片机为主要部件,利用全桥测量原理,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,本设计采用全桥测量电路,使系统产生的误差更小,输出的数据更精确。而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大,以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。ADC08

12、09 A/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。1.1本设计的任务和主要内容设计的主要内容如下:1运用电阻应变式传感器并采用全桥测量电路2设计一款电子秤,用LED液晶显示器显示被称物体的质量3电路由全桥测量电桥,三运放大电路,A/D转换电路,LED显示电路4写出详细的实验报告1.2基本工作原理及原理框图基本工作原理框图如下: 图 1.2-1 基本工作原理框图电路方框图如下: 图1.2-2 电路方框图第二节硬件的设计2.1 传感器的选择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

13、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

14、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1.2-3应变式传感器安装示意图全桥测量电路中,将受力性质相同的两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R1=R2=R3=R4时,其桥路输出电压U out=KE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善。常规的电阻应变片K值很小,约为2

15、,机械应变度约为0.0000010.001,所以,电阻应变片的电阻变化范围为0.00050.1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 1.2-4 全桥

16、测量电桥图 图 1.2-5 三运放大电路结构图它由电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥,R 1=R 2=R 3=R 4=350,加热丝阻值为50左右,测量电桥的电源由稳压电源U in 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R W4(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。2.2

17、 三运放大电路本次课程设计中,需要一个放大电路,我们将采用三运放大电路,主要的元件就是三运放大器。在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中,多数情况下,传感器输出的模拟信号都很微弱,必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大,才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求,在此情况下,就必须选择一种符合要求的放大器。 图 1.2-6 三运放大电路结构图2.3 ADC0809 A/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。 由上图可知,ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码

18、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。 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

19、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。 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

20、使用频率为500KHZ,VREF(+,VREF(-为参考电压输入。1ADC0809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。2.4 LED显示电路设计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

21、二极管点亮;共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。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 2.4-1LED显示电路图2.4总体工作电路原理图 第三节软件的设计;ADC0809通道IN0地址7FF8H;8155

22、PA口地址7F01H; PB口地址7F02HFLAG BIT 7FHORG 0000HAJMP MAINORG 0013HAJMP INT1MAIN:SETB IT1SETB EASETB EX1LCALL AD_SORTLCALL BCD_SORTLCALL DISLEDLCALL DELAY_LOAJMP MAINAD_SORT:MOV R0,#60HSETR FLAGMOVX DPTR,#7FF8HMOVX DPTR,AWAIT:JB FLAG,WAITRETINT1:MOVX A,DPTRMOV R0,ACLR FLAGRET1DLSLED:MOV R3,#01HMOV A,R3LOOP:MOV DPTR,#7F01HMOVX DPTR,AINC DPTR