1、电子秤设计,导 师: 鲍远慧老师 答辩人: 刘国旗，20072041专 业: 自动化,合肥工业大学毕业论文,论文框架,电子称的研究背景研究的课题方向论文要点设计总结,1,2,3,4,研究背景,随着科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。做为重量测量仪器，智能电子秤在各行业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测量
2、和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。,电子称研究的课题方向,电子称是日常生活中的电子衡器，取代了应用杠杆原理而造的普通衡器。它广泛应用于超市、商场、物流配送中心及我们生活的方方面面。相比传统的机械式称量工具，电子称具有称量精度高、体积小、应用范围广、易于操作及便于计价等优点，克服了传统的杆秤、磅秤及盘秤的不精确、速度慢还需人为计价的缺点。目前使用的称量工具存在着这样或那样的问题，给使用带来了不便。如有的结构复杂从而造成成本提高，大部分运行不可靠、精度低、易损件多、装机大、能耗不节省，从而给使用带来了许多问题。因此，有针对性的开发一套电子称系统，采取温
3、度补偿的方式，克服各种缺点，设计一套测量精度高、使用方便可靠的电子称势在必行。,论文要点（简介）,电子称的设计原理： 当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，
4、或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。,论文要点（简介）,电子称的设计架构: 1.压力传感模块， 是把被测物体的质量经过传感器将非电信号转化为电信号，此过程重点在传感器的选择以及如何克服零漂移带来的误差 ，采用温度补偿的方式来减小误差，然而，在选择传感器的同时，作为一个企业最重要的收益，因此选择传感器的另一个方面就是要考虑性价比。,论文要点（简介）,2.信号转换模块， 把传感器所测的模拟信号转化为数字信号，从而使单片机对数字信号的有效处理。此过程中称为A/D转换，用到的器件就是A/D转换器，然而在转换之前，还需对微弱的电信号进行放大处理等。综合各
5、方面考虑，选用了专用仪表放大器AD574。在A/D转换中，考虑到电子称的精确度，采用12位A/D转换器即可达到很高的精度。综合的分析A/D转换器的优点和缺点，我们最终选择了精度为2Kg/ 4096= 0.499g的574型A/D转换器。此模块是设计的重点。,论文要点（简介）,3.输入模块，当把质量显示出来后，而需算出价格时，就需要一个输入模块，即键盘，把某一价格通过键盘输入，从而算出结果。然而考虑这四个硬件模块后是远远不够的，那就是缺少一个系统的“大脑”，把外界接受的信息进行统一处理，处理的同时就需要它的软件，即程序。只有通过程序才能把外界的信息转化为系统所需要的信息。此模块是设计的难点。,论
6、文要点（简介）,4.显示模块， 将单片机处理的信号经输出模块得到显示，在此过程中，有两种方式，其一是数码管显示，其二是LCD显示，由于液晶显示器的主要材料是液态晶体。它在特定的温度范围内，既具有液体的流动性，又具有晶体的某些光学特性，其透明度和颜色随电场、磁场、光照度等外界条件变化而变化。因此，用液晶做成显示器件，就可以把上诉外界条件的变化反映出来从而形成现实的效果。所以综合考虑，选用液晶显示。,论文要点（简介）,电子称设计的其结构框图如图所示：,论文要点（硬件设计）,传感器的选择与电路设计传感器的选择主要考虑以下两个方面：1.要考虑传感器所处的实际工作环境况；2.对传感器数量和量程的选择；,
7、论文要点（硬件设计）,综合对上述的了解以及自己做实验的亲身体验，最终决定采用平行梁微型秤称重传感器，电路采用全桥式电路，电路图如下：,论文要点（硬件设计）,放大电路的设计传感器输出电压为毫伏级（0-10mV），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100500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。如图3-2所示，图中R1 为增益调节电阻，整个芯片仅 为外接电阻，而运放大倍数为500的差动输入放大器。,论文要点（硬件设计）,其电路原理图如下：,论
8、文要点（硬件设计）,关于一些参数的计算：三运放放大电路的输出信号与输入信号的关系式为：通过上式可以看出，放大系数为 根据要求,A/D转换器的输入电压变化范围是0V4.999V，传感器的输出电压信号在010mv，因此取放大器的放大倍数500。,论文要点（硬件设计）,A/D转换器的介绍双列直插标准封装，其引脚图如下: AD574是美国Analog Device公司生产的12位单片A/D转换器。它采用逐次逼近型的A/D转换器，最大转换时间为25us，转换精度为0.05%，所以适合于高精度的快速转换采样系统。芯片内部包含微处理器接口逻辑（有三态输出缓冲器），故可直接与各种类型的8位或者16位的微处理器
9、连接，而无需附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL电路兼容。,论文要点（硬件设计）,A/D转换器引脚图：,论文要点（硬件设计）,单片机的选择基于51单片机得简单易于编程和设计，且价格低廉，容易调试，还能达到较高的频率，故本设计采用8051单片机。8051单片机介绍：单片微型计算机简称为单片机，又称为微型控制器，是微型计算机的一个重要分支。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统于同一硅片的器件。80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了许多高性能新型机种，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。,论文要点（硬
10、件设计）,A/D转换器和单片机的接口电路图如下：,论文要点（硬件设计）,显示电路的设计 数据显示是电子秤的一项重要功能，它可以将测量电路测得的数据经过微处理器处理后直观的显示出来。数据显示部分可以有以下两种方案供选择。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文字处理机都广泛利用了液晶显示器。 本设计选用1602型LCD。,论文要点（硬件设计）,LCD电路图,论文要点（硬件设计）,键盘电路的设计在本系统中键盘采用矩阵式键盘并采用中断工作方式。键盘为4 X 4键盘，包括0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、十个数字及确认和清除键。采用中断工作
11、方式提高了CPU的利用效率，没键按下时没有中断请求，有键按下时，向CPU提出中断请求，CPU响应后执行中断服务程序，在中断程序中才对键盘进行扫描。,论文要点（硬件设计）,键盘电路图,论文要点（硬件设计）,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2.8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8051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。,论文要点（硬件设计）,报警电路图,论文要点（软件设计）,电子称的主程序设计,论文要点（软件设计）,系统上电后，初始
12、化程序将 RAM 的30H5FH内存单元清零，P2.6引脚置成低电平，防止误报警。主程序模块主要完成编程芯片的初始化及按需要调用各模块（子程序），在系统初始化过程中，将系统设置成2Kg量程，并写2Kg量程标志。设计流程图下：,论文要点（软件设计）,数据的处理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。,论文要点（软件设计）,在IN0输入的数最大为5V，要求的质量2Kg对应的是4.9V，为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。,论文要点（软件设计）,数据的采集以及A/
13、D转换,论文要点（软件设计）,显示程序的设计 显示子程序是字符显示，首先调用事先编好的键盘显示子程序。 调用初始化命令，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。,论文要点（软件设计）,程序流程图如下：,论文要点（软件设计）,键盘扫描程序设计 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, 0C9
14、H,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，再进行功能选择或数据处理。其中A代表确认键，B代表返回键，C代表清除键，D代表储存键，E代表回到主界面键，F代表设定单价键。程序框图如下：,论文要点（软件设计）,如图：,论文要点（软件设计）,价格的计算： 该子程序中利用各工作寄存器2组，数据存在以40H单元为首址的连续单元中。 为使计算方便单价化为以角为单位。价格计算公式S=U*Wx,S为价格U为单价，Wx为实际测得重量值。单价的精确到角，即采用一位小数然后乘以10
15、得到定点数，然后转化为八位二进制与八位二进制的重量相乘得到的乘机再除以10，然后高八位存于累加器A中，低八位存于B寄存器。,论文要点（软件设计）,设计框图如下：,论文要点（软件设计）,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P2.6置为1，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。,论文要点（软件设计）,报警程序框图：,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
16、。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”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。,设计总结,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。,谢谢各位老师的指导！,
