电子秤测体重的硬件与软件设计

1、电子秤的硬件设计2.1传感器的选择2.1.1应变式电阻传感器的测量原理。应变式电阻传感器的工作原理：当导体或半导体受到外力作用时，会产生机械变形，从而导 致阻值变化。导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关。当导体受外力作用时，电阻 率及几何尺寸的变化会引起电阻的变化。因此，通过测量电阻值的大小，就可以反映外界力 的大小。电阻型应变片传感器的测量电路可采用桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何 一个电阻均可以是应变片。图2.1.1桥式测量电路图如能恰当的选择个桥臂的电阻，可以消除电桥的恒定输出，使输出电压只与应变片的电阻有 关。=Uab=R1R2/(R1+R2)*(A1/R1-A2/

2、R2+A3/R3-A4/R4) 2.1.2 传感器的分类和选择应变片式电阻传感器按其测量电路(桥式)可分为单臂式、半桥式、全桥式三种。所谓半桥，即将电桥的四臂接入四应变片。其中：一片受拉，一片受压，另外两应变片不受 力。全桥是两片受拉，两片受压，故灵敏度比半桥式的大一倍。本方案采用半桥式传感器。2.2 放大电路的设计传感器输出电压为毫伏级，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 运放结构。三运放结构具

3、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3-2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。SHAPE * MERGEFORMAT图2.2.1放大电路硬件原理图2.3采集电路的设计2.3.1数据采集系统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 大器，A/D转换器，计算机组成。源-J桥源-J桥作物感器单K机，2.3.1 数据采样系统框图2.3.2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

4、，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。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有一定的容量，此时输出V 0保持输入信号再开断开瞬间的电平值。SHAPE * MERGEFORMAT1-4图2.3.2 采样保

5、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。2.3.3 A/D转换器设计中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，转换时间短（一般在级），满足题目要求的“实时采样”，并且它的转换精 度在0.1%上下，比较适中，适用于一般场合。由图2.3.3可见，单片机通过读控制线WR和0809片选线控制启动A/

6、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。图2.3.3 A/D转换器和单片机的接口电路2.4显示电路的设计显示部分可以将处理得出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

7、些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128X64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 （GD RAM）。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：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

8、个MXN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，矩阵时键盘的有点越显著，当需要的按键数目 大于8时，一般都采用矩阵式键盘。图2.5.1矩阵式键盘结构图2.6报警电路的设计报警电路是超过设定的范围，单片机输出信号驱动蜂鸣器发声警报，如图 所示，当BD LL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。SHAPE * MERGEFORMAoiloil图2.6.1 报警电路第三节电子秤的软件设计3.1监控程序的设计智能仪器的设计既要满足

9、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。3. 2.1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

10、十六进制向十进制转换方便， 将系数放大100倍。并用小数点位置的变化体现这一过程。因而系数为：3. 2. 2数制转换数制之间的转换：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。而通过移位已将要移入的尾数保存在了进位位中，所以 能实现。图3.2.2数据处理原理框图3.3数据采集子程序的设计数据采

11、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、存入指定内存单元、继续转换（退出）几个步骤ADC0809初始化后，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。080P初始化卜启动A/D转换 : A/D转换完成。了厂额据储存。数据显示4图3.3.1数据采样原理框图3.4显示子程序的设计显示子程序是字符显示，首先调用事先编好的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

12、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。图3.4.1显示原理框图3.5键盘扫描子程序的设计如图3.4.1所示：键盘电路设计成4X4矩阵式，由键盘编码方式可以得出0,1,2,3,4,5,6,7, 8,9,A,B,C,D,E,F 各键对应的键值：0D8H,0D0H,0D1H,0D2H,0C8H,0C9H,0CAH,0C0H,0C1H,0C2 H，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

13、储单元，再进行功能选择或数据处理。LCD用些化图3.5.1键盘扫描原理框图3.6报警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，界而字 悬示咽用LCD醍示82区韶赣人迎T：将发光二极管点亮，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。开始4返回p图3.6.1报警原理框图第四节设计总结随着集成电路和计算机技术的迅速发展，使电子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

14、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”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课设 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，所以称重时误差很大。如果使用精密度较高的传感器，效果会好的多。其次是数据采集处理阶段，此阶段是对传感器发出的信号进行量化、采集，主要

15、分为信号放 大、采集，然后进行A/D转换。该阶段需注意的地方是对传感器输出的信号进行放大时，应 选取合适的运算放大电路。最好是预先计算好应放大的倍数，以便选取。还有就是进行数据 处理时，选取适当的数据转换系数，使输出满足量程要求。参考文献赵茂泰.智能仪器原理及应用.电子工业出版社，2004：张毅刚.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社，2003：贾伯年，俞朴.传感器技术.东南大学出版社，2000：单成祥.传感器理论设计基础及其应用.国防工业出版社，1999：李道华，李玲，朱艳.传感器电路分析与设计.武汉大学出版社，2000：程序附图定义 中文LCD液晶128X64的地址W_C_GL

16、CDXDATA0E000HW_D_GLCDXDATA0E001HR_B_GLCDXDATA0E002HR_D_GLCDXDATA0E003H;-TIMER0DATA 30H-;延时时间的初值TIMER1DATA 31H;调用延时子程序的次数DATA1DATA 32H ;点阵显示的变量1DATA2DATA 33H ;点阵显示的变量2XDATA34H ;X方向的位置YDATA35H ;丫方向的位置COUNTERDATA 36H;计数器NDATA37H ;行数变量D1DATA38H ;点变量1D2DATA39H ;点变量1ADDRDATA 3AH ;起始的显示位置ADDR1DATA 3BH ;起始的

17、显示位置临时变量N1DATA3CH ;行数的临时变量 t*t*l*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*.个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个;*主程序开始 t*t*l*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4*4

18、*4*4*4*4*4*;个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个ORG0000HAJMPSTARTORG0030HSTART:CLRP1.0SETBP1.1MOVSP,#60HLCALLINITIAL_GLCD;调用LCD初始化LCALLKAIJI;显示开机画面LCALLDELAY500LCALLDELAY500LCALLDELAY500LCALLTISHI;显示主界面LCALLINI_8279;判断是否继续KEY-A： MOVDPTR, #8101HMOVXA, DPTRANLA,#07HCJNEA,#00H,LP1SJM

19、PKEY-AMOVDPTR,8100HMOVXA,DPTRCJNEA,0DBH,KEY-AAJMPK1LCALLYUZHILCAL celianjieguoLCALL CELINGJIEGUOAJMP$各界面显示内容DHTABLE1:DB欢迎使用DHTABLE2:DB 半桥电子秤DHTABLE3:DB*DHTABLE4:DB *DHTABLE5:DB *DHTABLE6:DB- 设置警报上限DHTABLE7:DB 确定 DHTABLE8:DB 请按D键 DHTABLE9:DBDHTABLE10:DB报警上限重量：DHTABLE11:DB.gDHTABLE12:DB确定(E)CELIANG1:D

20、B- 电子秤 CELIANG2:DB重量是：CELIANG3:DBCELIANG4:DB返回(F)J;开机界面子程序MOVN1,#08H;数量8个MOVDPTR,#DHTABLE1;需要显示的汉字位置CALLDHZ;调用汉字子序MOVADDR1,#10H;第二行显示MOVN1,#08HMOVDPTR,#DHTABLE2CALLDHZMOVADDR1,#08H;第三行显示MOVN1,#08HMOVDPTR,#DHTABLE3CALLDHZMOVADDR1,#18H;第四行显示MOVN1,#08HMOVDPTR,#DHTABLE4CALLRETDHZ;提示界面子程序TISHI:LCALLCLEAR_GL