单片机自动称重系统设计

摘要本文设计的单片机称重系以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以传感器、放大系统、A/D转换系统、CPU控制系统、LED显示系统、报警系统及键盘控制系统七个部分组成。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称重系统，在此基础上增加了LED关键词：单片机，传感器，A/D转换，LED显示，阈值报警目录第1章概述 3第2章工作原理 4系统介绍 4设计要求 4系统组成框图 4系统原理 4第3章硬件电路 6单片机 6应变电阻式称重荷重传感器 6运算放大器 8A/D转换电路 103.5键盘.............................................123.6静态显示.........................................123.7声光报警.........................................133.8硬件电路图设计...................................154系统软件设计....................................164.1查询子程序流程图.................................164.2系统总流程图.....................................174.3系统程序设计.....................................174.4声光报警： 22第5章设计结果与展望 235.1结果.............................................235.2展望.............................................236结束语..........................................247致谢............................................25参考文献 26第1章概述随着城市现代化建设的不断发展，以往那种自行称重配料的方式由于其用人工调整重量。这样，一方面效率十分低下，称量结果精度不高，另一方面，用手工在现场调节增加了工人的劳动强度，而其生产环境十分恶劣，粉尘大。因而必将为自动控制的称重系统所取代，此称重系统中运用稳定可靠、小而廉的单片机，且单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较容易。本文提出的装置就是基于MCS-51单片机及其外围电路所实现的。2章工作原理系统介绍行状态进行实时监控。本系统选用5G14433MCS-51型单片机控制，具有数字滤波、预置、检查称重值、光电隔离、自动控制装载阀门以及声光报警等功能。其流程包括：预重设计要求简述此次的设计要求如下：设计一称重仪，对模拟器输出的微弱信号（0~12mV）进行前级放大处理，再以较小的失真、误差来进行A/D转换，并要求具备较强的抗工频干扰能力。最后利用单片机AT89C51对数字信号进行处理，控制数码管显示等。要求浮动误差在0~2.00%之内，显示值与输入信号值比值在1.55~1.75之内。系统组成框图称重传感器 LED显示8051系统放大器控制及声光报警A/D转换器图2.1系统组成框图系统原理为控制系统是一种采用单片机、专门用于工业自动定值配料的专用控制器。其系统原理图如图2.2。由图可以看出，系统由下面几个1）单片微型机（2）称量传感器（3）称量斗（4）储料称量斗上的各电桥是以串联方式相连接的，电桥的总输出送MCS-51系统进行A/D转换，将模拟量变成数字量，然后进行数据处理，并与给定值进行比较，若称量值小于90%预称量值，则继续放料，待称量值大于等于90%预称量值，则关闭大闸门，打开小闸门，直到称量值等于预称量值，关闭小闸门。而后打开称量斗的闸门，将料落下。系统将显示本次测量值。储料仓大闸门 小闸称量斗∑n系统 LED显示IN图2.2系统原理3章硬件电路单片机称重自动控制系统的硬件包括单片机、重量检测电路、线性放大电路、A/D转换电路、显示器、键盘和其它一些电路等组成。电路原理图见3.8硬件电路图设计。单片机为了使测量过程实现微机控制化，采用AT89C51系列单片机，AT89C51CMOS84k的可反复擦写的Flash128bytes存储器（RAMATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生MCS-518位中央处理器和FlashAT89C51AT89C5140322216AT89C51FlashFlash存储器可有效地降低开发成本。应变电阻式称重荷重传感器弹性元件将应变电阻片贴在专门的传感部件——弹性元件上，即可组成不同的荷重传感器。这种传感器中，弹性元件为力敏元件，把被测量的大小转换成应变量的变化，然后再把应变量的变化转换成电阻量的变化。弹性元件是荷重传感器的重要组成部分，应具备以下性质：具有较强的抗压强度，以便在高载荷下保证具有足够的安全性能,弹性好，受力变形后具有良好的重复性和稳定性；残余应力小，并具有均匀而稳定的组织，而且是各向同性；抗疲劳性好；受温度影响小，易于机械加工及热处理。这个系统中选用的是柱式传感器中的柱形传感器。其结构是在圆筒上按一定方式贴上应变片。为提高灵敏度，常采用空心的圆筒。设计传感器的关键问题是根据额定载荷W及材料的允许应力δ，便可求出产生的应变力为ε=δ/E=Wg/AEWg——载荷的重量A——圆柱形传感器的横截面积E——弹性模量δ——材料的允许应力ε——产生的应变100%左右。下图3.117δ使电桥失去平衡。因而使电桥输出与被测力成正比的信号。1210 3456789图3.1 空筒型柱式传感器的结构图

4——外套7——弹性体8——底座9——下压头10——接线盒应变检测桥路的连接方法应变式传感器电阻的变化主要用电桥来测量。随着应变片粘贴数粘贴展开图如图3.2，桥路连接方法如3.2b。R1 R2 R3 R4 Vi

R1 R3 R4

ΔVo图粘贴展开图 桥路连接方法应变检测桥路的补偿粘贴在弹性元件上的应变片接成桥路后，要求在不受外力作用时，桥路的输出为零，但由于应变片阻值的分散性，粘贴工艺的差别，温度的影响等等，均会造成一定的误差。因此，当桥路连接完以后，必须进行一系列的调整，即所谓零点补偿、温度补偿、弹性模量及灵敏度补偿。运算放大器由于压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器精度的要求很高。方案一：高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如OP07)做成一个差动放大器，如图3.3所示。图3.3OP07构成的差动放大器电阻R1、R2电容C1、C2、C3、C4用于滤除前级的噪声，C1、C2为普通小电容，可以滤除高频干扰，C3、C4为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。但其电路复杂，需要的元器件多，成本较高。方案二：选用仪表放大器INA1213.4示：图3.4INA121内部结构图INA121是TexesInstrumentsBB公司生产的FET输入、低功耗仪器放大电路，性能优越。前置放大电路的放大倍数设置为50。较数设置的较高（取为100~200倍，则可以保证总的放大倍数。采用仪表放大器INA121构成的电路简单，元器件少，成本较低。A/D5G14433转换器做模/数转换。5G14433是采用双重积分转换原理一路模拟量输入、输出为3位半BCD转换速度慢（20ms。在对速度无多大要求的应用系统中得到广泛使用。MC14433是美国Motorola31/2位A/DA/DCMOS件即可构成一个完整的A/D·精度：读数的±0.05%±1字·模拟电压输入量程：1.999V199.9mV·转换速率：2-25/s·输入阻抗：大于1000MΩ·电源电压：±4.8V—±8V·功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值）·采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个位BCD码分时在Q0—Q3轮流输出，同时在DS1—DS4端输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示。MC14433的内部结构图如图3.5所示：图3.5 MC14433内部结构图199.9MV1.9999V+200MV+2V。由于5G14433转换结果的输出是连续的，所以必须通过并行接口EOCAT89C51-INT15G1443350kHz，EOC10us。AT89C51采12个时钟周期CPUAT89C516MHz2usEOCEOCQ3～Q0端先后输出千、百、十、个位的BCD码数据。由于MC14433的A/DBCDQ0~Q3DS1~DS48051P1I/O电路与其相连。MC144338051P2所示；图3.6MC14433与单片机连接图MC14433EOC连接在一起，所以MC14433。键盘键盘由1*4的键列及相应的扫描电路组成。列扫描信号是由单片机从P

0.7

口串行输出，列码经74LS164移位寄存器变成并行输出，74LS164移位寄存器8个输出端中3位用于控制显示，余下的5位用于对键盘列扫描进行控制。同时，AT89C51的P出控制线。静态显示

0.7

口作为同步脉冲输该系统所采用的显示器由4位LED数码管和驱动电路组成，显示的数是经过查表得到相应的显示段划码，再送到共阳极驱动电路，显示位的控制是由计算机从P3.1

口串行输出位选码经74LS164移位寄存器变成并行输出，74LS164移位寄存器有八位输出端，用其中三位控制位显示。这种静态显示方式亮度大，很容易做到显示无闪烁。静态显示的优点是CPU不必频繁的扫描显示器。单片机最小系统，是指在尽可能少的外部电路的条件下，形成一3.71 2 3 4ALED1

LED2

LED3

LED4

A500R8 L8abcdefgH

abcdefgH

abcdefgH

abcdefg HR7500 L7R7VCC

345611110123 01233456111134561111401234567 401234567 401234567 401234567

500

R6 L61QQQQQQQQ444

1QQQQQQQQ 1QQQQQQQ

1QQQQQQQQ4U2K

11

U3K

U4K K 1

500R5 L5 VCCL R L R L

U5L RAB C M

AB C

AB C

AB C M12 8 9 12 8 9 12 8 9 12 8 9 500R4 L4B B500

R3 L3+5 VCC1

7 GND 46 6 35 C 2

500R2 L2D1R1 L123 VCC456 1 40

8 VCC3 1929239 U

500

DB2513251224789C 1011121314

2 P103 P114 P125 P136 P147 P158 P16P17 AT89C51

P00P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32

11231022 C921820151616PIN15

13 INT112 INT0717

217221923611

T1 5

P23

2418255S2 4VCC CSS39R C2 S4

T0 831 EA/VP 1U19 X118 X29 RESET17 RD

RXDTXDALE/P

261727428163152101411130D C3

16WR20WR

PSEN 29

Title DS5 10/10V 6.00MHZ20P1K20P1 2

SizeA4File:3

Number2008-4-26

DrawnBy:4

Revision图3.7 最小系统原理图声光报警本系统对测量值超过预置的称重值时，可以给出报警信号，下面既是实现声光报警功能的电路，此电路中采用一片时基集成电路NE555，将其接成振荡工作状态。平时，由于单片机的P3.7555“4”处于低电平，电路被迫停振，输出“3”恒为低电平，扬声器无声，9018NPN1。这样，NE555“4”3”产生出不同；频率的振荡输出，推动扬声3”端也推动三极管工作，使报警灯同步点亮。4R

+5V +15V10K90182 VccTRIG NE555

120ΩCVOLT THR5 GND 1uF 0.1uF 1 10KN3.8硬件电路图设计第4章 系统软件设计4.1：开始P2口送入AN千位选通信号？ 2送入AY N个位选通信号千位送入高4位P2口送入A

？YN百位选通信号？Y百位送入20H4位

个位送入低4位结束P2口送入AN十位选通信号？

图4.1查询子程序流程图Y十位送入21H4位系统总流程图系统总流程图见图4.2：开始调用查询子程序千.百.十．个位放入R1.R2.R3.R4调用显示子程序返回图4-2系统总流程图系统程序设计org0000hljmpmainorg0020hmain:lcallservezbcd: mova,20hanla,#10hmov40h,#04h

;千位放入R1zhyi1:rradjnz40h,zhyi1movr1,amova,20h;百位放入R2anla,#0fhmovr2,amova,21h;十位放入R3anla,#0f0hmov40h,#04hzhyi2:rradjnz40h,zhyi2movr3,amova,21hanla,#0fhmovr4,alcallzdgsh

;个位放入R4lcallYANSHIlcallYANSHIsjmpmain;*******************************************;最高位为0时不显示;*******************************************zdgsh:cjner1,#00h,dsplaymov r1,#0ah

;最高位为0,不显示;数码管暗cjner2,#00h,dsplaymov r2,#0ahcjner3,#00h,dsplaymov r3,#0ahcjner4,#00h,dsplaymov r4,#0ah;***********************************;显示子程序;***********************************dsplay:MOV DPTR,#Tab ;找表首MOVLED:MOV

R0,#04HR6,#08HMOVMOVC

A,@R0A,@A+DPTR

;读数据SETBP1.1cjne

;P1.1时钟信号addTART:RLC

a,#80hAMOVCLR

P1.0,CP1.1

;P1.0数据信号SETBP1.1DJNZDEC R0CJNER0,#00H,LEDRET;******************************;延时子程序;******************************YANSHI:MOVR0,#00HLOOP15:MOVR1,#00HLOOP16:NOPDJNZR1,LOOP16DJNZR0,LOOP15RET;*********************************;查询子程序;************************************serve:mova,p2JNBACC.4,serve;等待DS1=1.JBACC.2,PP1SETB07HAJMPPP2PP1:CLR07HPP2:JBACC.3,PP3SETB04HAJMPPP4PP3:CLR04HPP4:MOVA,P2JNBACC.5,PP4 ;等待百位BCD码选通信号MOVR0,#20HXCHDA,@R0 20H4PP5:MOVA,P2JNBACC.6,PP5SWAPAINCR0MOV

;等待十位选通信号DS3421H21H4PP6:MOVA,P2JNBXCHDA,@R0RET

;等待个位选通信号DS421H4;*******************************;本表为显示数据表;*******************************Tab:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00h2，3，4，5，6，7,8，9'end

;'01，声光报警：程序清单：SND：SETBP3.7 ；P3.7DELAY：MOVR7，#1EHDELAY1：MOVR6，#0F0HDELAY2：DJNZR6，DELAY2DJNZR7，DELAY1

；延时30msCLRP3.7RET

；P3.7输出低电平,报警停；中断返回第5章 设计结果与展望结果本产品总体实现智能电子称重的功能。但是由于本次毕业设计由于传感器发采集，主要分为信号放大、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。展望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，