电子称设计(共35页)

1、PAGE I IV新乡职业技术(jsh)学院毕业设计(b y sh j)（论文）题 目 电子秤的研究(ynji)与设计 系 别 机电工程系 学生姓名 XXX 学 号 XXX 专业名称 机电一体化技术 指导教师 XXX 2012 年 4 月 23 日电子秤的研究(ynji)与设计摘 要 随着科学技术和经济的发展，出售商品品种的增加，需要称量物品(wpn)的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越来越高，电子称重装置(zhungzh)推广，从而进入到传感器，电子学和微处理机领域、使得称重装置变成为电子仪器。它的特点是：精确、智能、方便、明了、可靠，克服了传统的杆秤、盘秤不精确、速度慢、不能计价

2、、易作弊等缺点，在商业领域应用越来越多。 称重技术的突破是微处理机的应用。称重技术的这种发展是由于不仅要求获得静态称重数据，而且进一步要求称重工作的自动化，实现快速称量，以及测量各种动态参数，提高测量精度和各种数据的及时处理。这些精度、速度、性能和功能方面的要求是传统的机械测量系统无法满足的。也就是说、这种技术发展中的突破是必然的结果。电子称重装置出现于80年代初，随着电子元器件集成化的迅速发展，随着微处理机，单片机的发展和计算机软件的开发，产品价格的下降、电子称重装置在技术上的优势；多功能、高精度、操作方便(fngbin)等，使得不仅实验室的传统称量装置已被电子称重装置所取代，这种趋势已经扩

3、展到工业和其他领域。本系统是针对自动称重、计算价格进行了研究(ynji)的。讲述了用单片机控制A/D转换、键盘输入和数据显示，对如何实现键盘中断、A/D采样进行研究。着重讨论了数据处理问题，结果表明利用软件实现一系列功能使的性能价格比达最优。设计特别适用于测量精度(jn d)要求较高的场合, 具有较高的实用价值和推广价值。关键词：光机电，一体化技术，发展分析目 录 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc168494217 前 言1 HYPERLINK l _Toc168494218 第1章 电子秤系统的概况2 HYPERLINK l _Toc168494224 1.1 电

4、子秤的发展史2 HYPERLINK l _Toc168494226 1.2电子秤的研究动态3 HYPERLINK l _Toc168494226 1.3 电子秤的工作原理3 HYPERLINK l _Toc168494223 第2章 微电脑电子称硬件电路设计6 HYPERLINK l _Toc168494224 2.1 传感器的选择6 HYPERLINK l _Toc168494228 2.2 放大电路的设计9 HYPERLINK l _Toc168494226 2.3 采集电路的设计10 HYPERLINK l _Toc168494226 2.4 显示电路(dinl)的设计12 HYPERL

5、INK l _Toc168494228 2.5 键盘电路(dinl)的设计13 HYPERLINK l _Toc168494226 2.6 报警电路(dinl)的设计14 HYPERLINK l _Toc168494229 第3章 微电脑电子称软件的设计15 HYPERLINK l _Toc168494230 3.1 监控程序的设计15 HYPERLINK l _Toc168494226 3.2 数据处理子程序的设计15 HYPERLINK l _Toc168494227 3.3 数据采集子程序的设计16 HYPERLINK l _Toc168494227 3.4 数据显示子程序的设计17 H

6、YPERLINK l _Toc168494227 3.5 键盘扫描子程序的设计18 HYPERLINK l _Toc168494227 3.6 报警子程序的设计19 HYPERLINK l _Toc168494247 结论22 HYPERLINK l _Toc168494248 参考文献23 HYPERLINK l _Toc168494249 致谢24 前 言 称重技术自古以来就被人们所重视，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

7、产品技术水平(shupng)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(bjn)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。因此，称重技术的研究和衡器(hngq)工业的发展各国都非常重视。50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最

8、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，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器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。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

9、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。电子秤系统(xtng)的概况1.1 电子秤的发展史 早在20世纪80年代，美国、德国等工业发达国家，就开始(kish)了数字式称重传感器和数字称重系统的预先研究和初期开发工作，经过十余年的努力，推出了多种数字式智能称重传感器及其称重系统，在电子称重领域备受瞩目,有力的推动了电子衡器数字化和数字称重系统的发展。电子计价秤是采用高精度称重传感器和八位单位处理器组成，具备迅速(xn s)称重计价的功能，操作方便，性能稳定，采用防水键盘，密封性好，手感舒适，尤其适用于水产品的买卖计量，电子称广泛应用于商业买卖和工作计量

10、中。我国数字式智能称重(chn zhn)传感器的研究开发始于 20世纪90年代中后期，在短短几年时间里，研制出安装在模拟式称重传感器内部的小型数字化单元，完成了模拟信号与数字信号之间的转换，变模拟式称重传感器为数字化称重传感器，并应用于大型电子汽车衡和电子配料秤等小型称重系统中，取得了较好的测试结果(ji gu)。近年来，又在数字化称重传感器的基础上，研究与实践数字式智能化电路，数字补偿技术与数字补偿工艺，开发整体型数字式智能称重传感器和分离型模块化数字称重传感器系统，已经取得了阶段性成果。可以预计，很快就会在电子衡器数字化和数字称重系统中，见到国产的数字式智能称重传感器和模块化数字式称重传感

11、器系统。1.2 电子秤的研究动态称重技术的突破是微处理机的应用(yngyng)。称重技术的这种发展是由于不仅要求获得静态称重数据，而且进一步要求称重工作的自动化，实现快速称量，以及测量各种动态参数，提高测量精度和各种数据的及时处理。这些精度、速度、性能和功能方面的要求是传统的机械测量系统无法满足的。也就是说、这种技术发展中的突破是必然的结果。电子秤采用现代传感器技术(jsh)、电子技术和计算机技术一体化的 HYPERLINK /view/283418.htm 电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的快速、准确、连续、自动称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理(gunl)和

12、工业生产过程控制的应用要求。1.3 电子秤的工作原理1.3.1电子秤性能及技术要求 （1）商场自动称重装置，并显示重量，手工设置单位价格，计算显示总价。 （2） 采用4位半共阴（或共阳）LED显示。 （3）四角偏差小：砝码放在秤盘中央与放在四个角落的秤重读值必须一致，不可超差。（4）抗蠕变性：将物品置与秤上，读值不可因时间变化而产生超差。（5）准确性高：读值与标准砝码(f m)值必须一致，不可超差。（6）重复性佳：同一物品(wpn)多次过磅，每次读值必须一致，不可超差。 （7）线性良好：在不同的量程秤重，皆必须(bx)准确，不可超差。1.3.2 工作原理根据电子秤的性能及技术要求，选择AT89

13、C52单片机为核心，组成称量系统。系统主要有AT89C52单片机、A/D转换器、键盘/显示电路、传感器、放大电路、锁存器、等组成。 当商品放到秤盘上时，秤盘下的重量变化产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入AT89C52单片机经过数据处理，AT89C52单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入AT89C52单片机，经过数据处理，送至显示电路显示出商品单价。物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。1.3.3 基本(jbn)

14、结构该系统采用应变片式传感器进行(jnxng)测量，得出(d ch)模拟信号；再进行放大和模数转换，然后送入单片机行处理。由A/D接口模块、主机接口模块、键盘与显示模块组成，如下图所示。称重传感器前置放大器模数转换器 单片机接 口 口键 盘 盘显示器图1-1 基本机构图该结构共分五大部分，即信号采集部分：利用称重传感器获取外部重量信息；信号放大部分；模数转换部分：利用A/D转换器把输入的模拟信号转换成数字信号以送到单片机进行处理；单片机控制部分：单片机是中央控制系统，它接受外部送进的各种数据和控制信息，通过运算和处理，然后送到外部以实现显示等需要；人机接口部分：人机联系部件有键盘、显示器等，这

15、些部件同主机电路的连接是由人机接口电路来完成的。人机接口技术是智能仪表和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一。微电脑电子秤硬件(yn jin)电路设计2.1 传感器的选择(xunz) 在设计中,传感器是一个十分重要(zhngyo)的元件,因此对传感器的选择也显的特别的重要,不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等.传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体

16、外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个(gg)因素后，经过大量的实验而确定的。其公式如下：CK0K1K2K3(WmaxW)/N （2.1）C单个传感器的额定量程；W秤体自重(zzhng)；Wmax被称物体(wt)净重的最大值；N秤体所采用支撑点的数量；K0保险系数，一般取值在1.21.3之间；K1冲击系数；K2秤体的重心偏移系数；K3风压系数。本设计要求称重范围05kg，重量误差不大于0.01kg，根据传感器量程计算公式（2.1）可知：C1.2511.031（201.9

17、）19.01205 （2-1）为保证电子秤称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度差的缺点。传感器的量程应根据皮带秤的最大流量来选择。在实际工作中，要求称重传感器的有效量程在20%80%之间，线性好，精度高。重量误差应控制在0.01Kg，又考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，根据式2.1的计算结果，所以我们确定传感器的额定载荷为7.5Kg，允许过载为150%F.S，精度为0.05%，最大量程时误差0.01kg，可以满足本系统的精度要求.综合考虑(kol),本设计采用SP20C-G501电阻(dinz)应变式传感器,其最大量程(lingchng)为7.5 Kg.称重传感器

18、由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点，所以该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秤的一次仪表。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图2-1所示： 图2-1 称重(chn zhn)传感器原理图表2-1传感器主要(zhyo)技术指标准确度等级 C3 0.02 0.03 额定载荷 kg 1、2.5、5、7.5、10、15 灵敏度 mV/V 1.80.08 非线性 %F.S. 0.02 滞后 0.02 重复性 0.02 蠕变 %F.S./30

19、min 0.02 蠕变恢复 零点输出 %F.S. 1 零点温度系数 %F.S./10 0.02 额定输出温度系数 输入电阻 415445 输出电阻 349355 绝缘电阻 M 5000 供桥电压 V 12（DC/AC） 温度补偿范围 -10+50 允许温度范围 -20+60 允许过负荷 %F.S. 120 极限过负荷 %F.S. 200 四角误差 %F.S. 0.03 连接电缆 mm 3.8300 接线方式 输入 Input（+）: Red 输入 Input（-）:White 输出Output（+）:Green 输出Output（-）:Blue 屏蔽 Shield : Yellow 其测量原理

20、：用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换(zhunhun)电路转换为电压或电流的变化。由于内部(nib)线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生(chnshng)变形时，输出信号电压可由下式给出： （2-2） 2.2 放大(fngd)电路的设计传感器输出电压(diny)为毫伏级，而A/D转换器所能处理的电压是05V，所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为100200倍，使输出电压为05V。由于单运放在应用中要求外围(wiwi)电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低，故采用三运放

21、结构。三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点，且有良好的温度稳定性，低噪单端输出和和增益调整方便，适于在传感器电路中应用。如图2-2所示，图中 为增益调节电阻，整个芯片仅 为外接电阻，而运放 为增益为1的差动输入放大器。R1R1R2R212348765A3AD62612348765A1AD62612348765A2AD626RGR50R22R20R22Ui1Ui2U01U02Uout 图2-2 放大电路(dinl)硬件原理图2.3 采集电路(dinl)的设计1、数据采集系统(xtng)的组成数据采集系统的核心是计算机，他对整个系统进行控制和数据处理，他由采样/保持器，放大

22、器，A/D转换器，计算机组成。2、数据采样保持器进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即A/D转换的孔径时间。当输入信号频率较高，由于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差；为了防止误差需在中间加一个功能器件采样/保持器，进行有效、正确的数据采集。采样/保持器通常由保持电容器、模拟开关和运算放大器组成(z chn)。其中对于低速场合可以采用继电器作为开关以减小开关漏电流的影响；在高速场合也可以用晶体管、场效应管来作为开关。 采样保持器的原理：如图，当开关闭合时，V1通过限电流电阻向电容C充电，在电容值合理的情况下，V0随Vi的变化而变化；当K断开时，由于电容C有一定的

23、容量，此时输出(shch)V0保持输入信号再开断开瞬间的电平值。32647851U2AD62032647851U3AD620输入高阻输入模拟开关输出C41u 图2-3 采样(ci yn)保持原理图在模拟信号输入通道中，是否需要加采样/保持器，取决于模拟信号的变化频率和A/D转换器的孔径时间；对快速过程信号，当最大孔径误差超过允许值时，必须在A/D转换器前加采样/保持器。但如果输入模拟量是直流量或者被测信号模拟量随时间变化非常缓慢，采样/保持（S/H）电路可以省去。3、A/D转换器设计(shj)中A/D转换器用的是ADC0809 A/D转换器，它是8路8位逐次逼近式转换器，结果为8位二进制数据，

24、转换时间短（一般在级），满足题目要求的“实时(sh sh)采样”，并且它的转换精度(jn d)在0.1%上下，比较适中，适用于一般场合。由图2-4可见，单片机通过读控制线WR和0809片选线控制启动A/D转换及输入通道地址锁存，写控制线WR与ADC0809片选线控制输出允许。由于ADC0809具有通道地址锁存功能，通道选择ADD.A、ADD.B、ADD.C直接接单片机的数据口。模拟电压由IN0通道输入，A/D采样电压在05v之间变化。所模拟通道IN0地址口为0AOOOH，但是ADC0809无内置时钟，所以CLOCK由外部时钟信号控制。EOCD0-D7D7D6D5D4D3D2D1D0D0D1D2

25、CLKPLD2.13WR（PLD2.2）ADC0809CSRD（PLD2.3）V-V+IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7CLK2 -1MSB21ADD B24ADD A25ADD C23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START62 -58EOC7OUTPUT ENABLE9CLOCK10VCC112 -220GND132 -7142 -6152 -8LSB172 -4182 -319IN228IN127IN026ALE22U1ADC0809VCC123U2:A4001564U2:B400150%RV110kR124kR210k12U3

26、:A406934U3:B4069C110P 图2-4 A/D转换器和单片机的接口电路2.4 显示电路(dinl)的设计显示部分可以将处理得出(d ch)的信号在显示器上显示，让人们直观的看到被测体的质量，也可以进行报警提示。LCD液晶显示器是一种极低功耗显示器，从电子表到计算器，从袖珍时仪表到便携式微型计算机以及一些(yxi)文字处理机都广泛利用了液晶显示器。本设计采用的显示模块是12864点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理

27、机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。2.5 键盘电路的设计利用键盘可选择电子秤工作模式、设定测量上限等。键盘部分采用矩阵式的键盘，采用这种结构的特点是把检测线分为两组，一组为行线，一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上。矩阵式的键盘的优点是需要的测试线的数量少，对于一个MN的矩阵键盘与主机连接只需要M+N条测试线，这样键盘的规模越大，矩阵时键盘的优点越显著，当需要的按键数目大于8时，一般都采用矩阵式键盘。图 2-5 矩阵式键盘(jinpn)结构图2.6 报警电路(dinl)的设计报警电路是超过设定的范围，单片机输出(shch)信号驱动蜂鸣器发声警报

28、，如图2-6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。P1.0.BUZ1BUZZERQ12N5401R12k+5v图 2-6 报警(bo jng)电路软件(run jin)的设计3.1 监控程序(chngx)的设计智能(zh nn)仪器的设计既要满足设定的功能的完成如计算等功能的任务功能程序，也要有可以监控仪器仪表正工作，保证其可靠性方面的监控程序。整个智能仪器的测量都是智能仪器自动完成的，所以设计一套功能完备的监控程序是必须的也是必要的。监

29、控程序的主要作用是实时的响应来自系统的各种信息，按信息的类别进行处理；当系统出现故障时，能自动的采取有效的措施，消除故障，保证系统能够继续进行正常工作。3.2数据处理子程序的设计数据处理子程序是整个程序的核心。主要用来调整输入值系数，使输出满足量程要求。另外完成A/D的采样结果从十六进制数向十进制数形式转化。1、系数调整在IN0输入的数最大为5V，要求的质量500g对应的是4.8V，为十六进制(sh li jn zh)向十进制转换方便，将系数放大100倍。并用小数点位置的变化体现这一过程。2、数制转换(zhunhun)数制之间的转换：在二进制数制中，每向左移一位表示数乘二倍。以每四位作为一组对

30、数分组，当第四位向第五位进位时，数由8变到16，若按十进制数制规则读数，则丢失6，所以应进行加六调整。DA指令可完成这一调整。可见数制之间的转换可以通过移位的方法实现。其中，移出数据的保存可以通过自乘再加进位的方法实现，因为乘二表示左移一位，左移后，低位进一，则需加一。否则，加零。而通过移位已将要(jingyo)移入的尾数保存在了进位位中，所以能实现。 图3-1 数据处理原理(yunl)框图3.3 数据(shj)采集子程序的设计数据采集用A/D0809芯片来完成，主要分为启动、读取数据、延时等待转换结束、读出转换结果(ji gu)、存入指定内存单元、继续转换（退出）几个步骤。ADC0809初始

31、化后，就具有了将某一通道输入的05模拟信号转换成对应的数字量00HFFH，然后再存入8031内部RAM的指定单元中。在控制方面有所区别。可以采用程序查询方式，延时等待方式和中断方式。图3-2 数据(shj)采样原理框图3.4 数据(shj)显示子程序的设计显示子程序是字符显示，首先调用事先(shxin)编好的8279的键盘显示子程序。 调用8279初始化命令，然后输出写显示命令。在显示过程中一定要调用延时子程序。当输入通道采集了一个新的过程参数，或仪表操作人员键入一个参数，或仪表与系统(xtng)出现异常情况时显示管理软件应及时调用显示驱动程序模块，以更新当前的显示数据显示符号。 开始 显示欢

32、迎界面有无按键N显示功能选择按键Y有无按键N键盘输入界面是否为DY Y显示测量界面是否为E Y N 是否为F NY 返回 N图3-3 显示原理(yunl)框图3.5 键盘(jinpn)扫描自程序的设计如图3-4所示：键盘电路设计成4X4矩阵式，由键盘编码方式可以(ky)得出0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F，各键键值为：0D8H,0D0H,0D1H,0D2H,0C8H,0C9H,0CAH,0C0H,0C1H,0C2H,0C3H,0CBH,0D3H,0DBH,0DAH,0D9H 。在程序中可以先判断按键编码，然后根据编码将键盘代表的数值送到相应的存储单元，再进行功能选

33、择或数据处理。8279键盘输入LCD初始化 字符显示 界面字符显示原地跳转有功能键按下 NY 输入完毕 N调用LCD显示Y N Y N . 有返回键按下原地跳转图3-4键盘(jinpn)扫描原理框图3.6 报警(bo jng)子程序的设计由于要求要键盘设定阈值，所以要求有报警电路，报警电路可以有声报警也可有光报警，将设定的阈值与实时显示的值进行比较，如果设定值小于实时显示的值，则将P1.0置为1，将发光(f un)二极管点亮，或使蜂鸣器发出声音。这就需要一段比较程序以及一小段置1清0程序。图3-4 报警原理(yunl)框图结 论随着集成电路(jchng-dinl)和计算机技术的迅速发展，使电子

34、仪器的整体水平发生巨大变化，传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。智能仪器的核心部件是单片机，因其极高的性价比得到广泛的应用与发展，从而加快了智能仪器的发展。而传感器作为测控系统中对象信息的入口，越来越受到人们的关注。传感器好比人体“五官(wgun)”的工程模拟物，它是一种能将特定的被测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置本次设计中的半桥电子秤就是在以上仪器的基础上设计而成的。因此，只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各部分之间的关系才能达到(d do)要求。首先是传感器的精密度，它将直接影响电子秤的称重准确度。课设时由于传感器发出的信号不是很稳定