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第一章绪论% k$ T @! u$ }8 k3 ?1 U# V
1.1 研究目的和意义
* Z' l3 |3 j+ k" a2 _4 b传统的机械秤有很多缺点，比如精度不高，结构复杂，易老化，成本
" K9 V$ I% X+ b3 E高等。随着社会的发展，市场对秤的要求的越来越高，尤其是人体秤、厨$ z! n8 o% q: z5 n* B
房秤等各类便携式小型秤。电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性， 它
+ j' S( ?) {* O# {( Z用压力传感器取代机械秤的弹簧大大减小了秤的体积和制造难度，以LCD" ^2 e5 _5 R4 G- Y
或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美观， 由于内部集成了单片机
+ W! f1 M/ `8 W8 i' z( Q! z) P4 F以及软件系统， 电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能性。他可以完成 i; P1 s. P0 O1 B; B
过载报警，总价计算，数据通信等众多功能。
/ _+ q' {: |5 C0 F目前市场上使用的称量工具，或者结构复杂， 或者运行不可靠，且成
) Z. D+ o8 L. H E( q本高，而且整体水平不高，部分小型企业质量差且技术薄弱，设备不全，! L% m+ N! |' |7 W
缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性的开发出& M2 T4 I# g( z; }$ F
一套具有实用价值的电子秤系统， 从技术上克服上述诸多缺点， 改善电子
, f9 l7 \" e: c秤应用中的不足之处，具有现实意义。9 d& x( d. e2 h: C2 i$ a
1.2 电子称重系统的应用领域
% y* H* m: d3 s4 g6 e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、
( d1 h' G d! `, w# e: Q国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平) u* N$ P! g2 g* p, n
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& a" D5 C# S- \4 [& B K, Z3 e
秤的应用领域主要分为工业计量和民用消费类。在工业计量应用领域有电0 n- h2 W0 S6 p Q2 g' e
子天平，珠宝秤，市场计价秤等；而民用秤主要有厨房秤，人体秤，便携
8 H$ Y6 ]. m) k2 i! @式口袋秤等。工业计量应用对精度要求较高， 而民用消费类的应用对精度: U9 V8 ?/ f& m6 f" W! k
的要求不高，但对秤的外观，智能性，便携性却有很高的要求。9 E1 W% b+ S* t' P& N# f4 U
1.3 主要工作以及论文结构
+ r8 Y. r3 ~% {基于单片机的电子秤的设计与实现
# C" o' ~0 [4 ]. o2! H. }) O/ p7 t3 |& B( j
本课题的主要设计思路是： 利用压力传感器采集因压力变化产生的电' s6 Q# A1 h1 j* L; |8 }' q1 p1 `2 x3 l
压信号，经过电压放大电路放大， 然后再经过模数转换器转换为数字信号，% |! v1 w3 v: F
最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后， 得出当前所称物
9 l$ W# p* b& W) k& |品的重量及总额，然后再显示出来。此外，还可通过键盘设定所称物品的
3 B3 M! u; K( a* f价格。
4 k! P) m# G8 G( O, ~( z! B在设计期间，本人努力查阅相关资料， 对称重的基本原理以及各软件、
* ~8 l) c6 I) F8 P. q0 m8 B4 v8 G. ~硬件模块做了认真的分析、研究。根据性能成本考虑，在以下几方面做了- p& |- o# X- b, L* ]0 x! m C
仔细的分析研究，主要有：系统模块的划分、A/D 精度的考虑、单片机与9 J- k0 ~1 A# ~2 q7 K' ?2 v
外围模块的接口电路以及电子秤应用程序的实现等。
( m/ N* y+ h) ^* n9 n! L7 U论文的结构如下：
# o) X7 r3 ]0 M/ y. p4 j$ @8 u" g' ^第二章叙述了系统的方案论证以及硬件设备的选型。
H4 W( b, {9 t' e$ |- e6 O# Z第三章详细叙述了硬件电路的设计过程，主要是各个模块的具体设计过! X* p1 W4 r: Z; j, T& T
程，以及各部分性能指标的要求和实现。
& U! b, f! F/ q, R6 [. o4 `: G第四章叙述了该设计软件部分的设计思路，主要是主程序和各个子程序
# ?3 c, T2 {- \$ B( S/ A的详细设计方案。/ k7 n* ]3 s2 S: ]
第五章叙述了该设计仿真和调试结果。
/ j' F8 X& ?" Q" C$ S% w" J第六章论文工作的总结。. e: W" q) j: k w1 E' t
基于单片机的电子秤的设计与实现
! f$ I* p+ ]: l/ S7 g( | K38 h6 O4 O0 w: o: ?
第二章系统方案论证与选型7 `7 Z2 k$ q+ `
按照本设计功能的要求， 本设计大致可分为五个模块： 数据采集模块、6 A+ ^2 \- W* i5 ?
信号放大模块、模数转换模块、单片机控制模块、人机交换模块。（其中9 g4 C2 X" d; t( V
人机交换模块中包括: 声光报警、LCD 显示、键盘输入）系统设计总体方& C3 y& O5 i) M G
案框图如图2-1 所示。- {& l5 l; I6 u8 g1 @+ h4 T# e! m8 c0 p
图2-1 设计思路框图( m- Z/ A) N3 W0 N! w4 \
测量部分是利用称重传感器检测压力信号， 得到微弱的电信号（本设
' ~% I/ D, |6 ~% W7 K( @计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路， 差动放大电路，）处理后，
. ]! s9 I0 l4 k6 A& ^, I送A/D 转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自A/D 转! ^. G3 N. n- l0 U% X6 H8 |. w
换器输出的数字信号， 经过复杂的运算， 将数字信号转换为物体的实际重; j* b }7 |- v8 K; i
量信号，并将其存储到存储单元中。控制器还可以通过对扩展I/O 的控制，
6 g; b( Q9 j6 C$ d( c5 y; J对键盘进行扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制。数据显9 p# m9 ?" U3 Z3 y4 \
示部分根据需要实现显示功能。& t! X; N e' A# Q
2.1 控制器部分/ e: ~" Q3 L) d* c5 p
本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器, 而且以单片机
/ L6 z4 y' d- S& ?% G为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一
. ?2 U4 w+ @# T' b* n起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制
9 O3 k# I4 P6 L" x系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以+ }! r% P0 r m' e0 R
及功能的多样化方面， 都取得了巨大的进展。再则由于系统没有其它高标: m% u! V: o: ~' b
基于单片机的电子秤的设计与实现
; p1 b4 W% U1 k j4
6 a, D) P+ \' z准的要求，根据总体方案设计的分析，设计这样一个简单的的系统，可以4 h5 C6 z9 o/ `3 i; K+ m
选用带EPROM的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储在片内，
! V2 C+ Q! b2 ]7 T( E不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。在这里选用ATMEL生产的
- R) S0 D- P# t [. ?AT89SXX系列单片机。第一，片内存储器采用闪速存储器，使程序写入更 [ e# R$ u; {4 Q p* g! @5 i* L
加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。此外1 d. a: M$ z) W' U7 p
价格低廉、性能比较稳定的MCPU，具有8K×8ROM、256×8RAM、3 个16
1 b3 K4 [. u: p% z8 W# M0 k位定时计数器、4 个8 位I/O 接口。这些配置能够很好地实现本仪器的测
1 i! i! K% ~0 l) j6 [; ~量和控制要求。: R4 \/ K5 Q/ _
最后我们最终选择了AT89S52这个比较常用的单片机来实现系统的% ]0 x9 g3 d$ } o1 p/ |1 _/ M
功能要求。AT89S52内部带有8KB的程序存储器，基本上已经能够满足我
( _- h% P6 B. M8 k- g: S们的需要。
2 @) i I) S* j3 t& Q: d+ L7 ]2.2 数据采集部分$ x7 K, l; \1 \7 v, z! F
电子秤的数据采集部分主要包括称重传感器、信号放大电路和A/D 转
. C1 A8 V: ~. y9 g换电路，因此对于这部分的论证主要分三方面。 {3 o2 {! @ ?; X5 [
2.2.1 传感器的选择
5 k; P2 }9 f' Z4 y在设计中, 传感器是一个十分重要的元件, 因此对传感器的选择也显
% z q( w f0 ~' D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
% X8 V; b& x, k% Y0 t3 P( B电路的设计的难易程度和设计性价比等等. 传感器量程的选择可依据秤的
" B. p1 I( C" g" [: ^* D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
: w: G, s# o; W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
( m" z) L# U4 u4 _9 V- }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/ Z- x1 [% h7 E- }6 d* }
上的载荷除被称物体外， 还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，
; q. B5 J$ }. M6 }. l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3 X7 f' B1 {3 B( A: G; F( i
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因素后， 经过! m& ?6 X e. b& q' j0 ^8 v2 k. `8 W3 u
大量的实验而确定的。/ y, `2 s. x, `8 n3 `* x
基于单片机的电子秤的设计与实现
* y) k4 U* l5 t5 J( o5% L( l& G2 l7 J6 Y1 V+ l/ a
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
' h5 E# d, I( p+ H# o$ M+ Q( ~- V缺点。在实际工作中，要求称重传感器的有效量程在20%～80%之间，线
. b) U1 c+ h1 m' u" c( E0 B/ P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
1 t9 }/ Y9 I: f' z% F9 y2 q' S3 |冲击分量， 还要避免超重损坏传感器， 所以我们确定传感器的额定载荷为
3 X5 j; x9 a& N1 }8 v5Kg，允许过载为150%F.S，精度为0.05%，最大量程时误差 0.01kg 。可0 I; N, O: R$ q% C5 }1 s( r
以满足本系统的精度要求.8 _# r9 d' N7 z; U; Q
传感器的稳定性有定量指标， 在超过使用期后， 在使用前应重新进行7 C9 s8 `( ]. e4 S5 E2 J# V8 H) ?0 J
标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用
7 S+ u I0 R" ~7 {而又不能轻易更换或标定的场合， 所选用的传感器稳定性要求更严格， 要
2 d9 E: p& k+ y能经受住长时间的考验。
: y7 X2 [ W3 U9 Y! Y使用特别注意：传感器属于精密部件，剧烈振动、自由落体、碰撞、7 \. {( J$ g0 z" l& s {! h
过载、过压等等，都非常容易造成传感器永久损坏或者影响精度和线性。
. j( a" m) U( z* c& X传感器是测量机构最重要的部件, 本次设计采用电阻应变式压力传感器。
1 P2 n. \) e" v电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成， 内- C- D, r; ^* [& D- W2 V0 q+ O3 w
部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转
( J9 e8 }8 h% J6 ~; s- `8 \换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减
( t$ W. H( R5 Y小）从而使电桥失去平衡， 产生相应的差动信号， 供后续电路测量和处理。
- Z6 p/ W" _( @9 l7 h7 ?: I- A" `# K
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发表于 2019-11-11 10:02
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