1、苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）I毕业设计论文基于单片机的乳粉包装称重控制设计摘 要本论文在分析了国内外称重技术发展的基础上，着重对一个用于工业控制且功能较齐全的自动称重系统进行设计。随着自动化和管理现代化的进展，自动在线称重，快速动态称重在整个称重系统中有了很大的发展。因此，进一步采用新技术，开发各种自动称重系统和提高称重的准确度已经成为了多数国家科技发展的重中之重。本称重系统除了有关于数据的收集，处理，运行和通信之外，还有更多的其他辅助功能：自动称重系统除了能够储存数据资料到资料库中，还可以将资料以打印稿的形式呈现。最重要的是，该自动称重系统还可以随时对资料库进行访问和查询。本论
2、文所设计的自动称重系统是应用于工业上的乳粉包装自动称重中的，它的实现有两个过程，第一阶段由异步电机带动粗螺旋推进器给料，这一阶段可看成为粗调过程，给料重量一定要小于额定重量。第二阶段由步进电机带动细螺旋推进器进料，可看成是细调过程，使实际重量等于要求的额定重量。本称重系统采用单片机 AT89C51 为控制核心，实现称重仪的基本控制功能。系统的硬件部分包括数据采集和数据处理两大部分，其中数据采集部分由称重仪模拟器、信号的前级处理（采用仪表放大器 INA121）和 双积分 A/D 转换部分组成。由于称重仪设计中电路的精度及抗工频干扰能力要求较高，故选用精度较高的仪表放大器 INA121 和抗工频干
3、扰能力较强的双积分 A/D 转换器 MC14433。本系统通过应用传感器，各种芯片及单片机使得该称重系统的实际操作性更强，苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）II便于应用于工业上。关键词 双积分 A/D 转换；仪表放大；AT89C51 单片机；数据采集苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）IIIThe Design of Weighing and Packing of Milk Powder Based on SinglechipAbstractBasis on the researching of the progress of the weighing technology, t
4、his paper introduces the development of automatic weighing system which has a complete function.With the progress of automation in industry and modernization in management, there is much progress in weighing online, fast and dynamic weighing and system of weighing.Adopting newer technology, developi
5、ng diversified automatic weighing system, improving accuracy and enhancing network function are emphasized in every country nowadays. .Besides the function of collecting, processing, displaying and communication of data about weight, the automatic weighing system can also save data in database and p
6、rint data in report form. It can also visit and query the records in database.The article introduced the automatic named weighing system which is applied in the industry, its realization has two processes, the first stage is the spiral propeller by the asynchronous machine belt to afford the materia
7、l, this age which is worthy of looking at is because of the coarse adjustment process,certainly it must be smaller than the schedule weight for the material weight. The second stage is impetus which is much more precise than the first spiral propeller feeding, it may be regarded as the special proce
8、ss. This system has been applied in the sensor, each kind of chips and monolithic integrated circuits. This system is based on single chip AT89C51, it can make electronic scales basic control function come true. Systems hardware includes smallest system board and the 苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）IVacquisiti
9、on of data. The smallest system part mainly realizes the demonstration of the diodes and the control of keyboard ,the part of datas acquisition is consists of the simulator of weighing meter , signal level processing (amplifier INA121) and the fraction of the double integral A/D conversion . Because
10、 of the high request in precision of the electric circuit of the weighing meter design and the ability of anti-power frequency disturbance, the selection of the high precision appliance such as the amplifier INA121 and double integral A/D switch MC14433.The system would be stronger by using differen
11、t elements,and it would have better performance in application of the industry.Key words double integral A/D transformation; measuring appliance enlargement; AT89C51 single chip; collection of data苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）V目 录第 1 章 绪论 .11.1 引言 .11.2 电子称重技术的发展趋势 .11.2.1 称重传感器 .21.2.2 称重仪表 .31.2.3 承载器 .41
12、.3 论文研究的目的及意义 .41.4 本课题研究的主要内容 .4第 2 章 主要元器件选型.52.1 转换电路芯片选择 .52.2 主控芯片选择 .62.3 仪表放大器选择 .72.4 电源选择 .92.5 显示模块选择 .102.6 本章小结 .10第 3 章 硬件系统的设计 .113.1 电路总体原理框图设计 .113.2 主芯片引脚应用 .113.3 控制模块与转换模块的连接 .143.4 前级放大模块 INA121 .153.5 自动称重模块 .163.6 显示模块与控制模块的连接 .163.7 本章小结.18第 4 章 软件系统的设计.194.1 主程序模块 .194.2 子程序模
13、块 .194.3 中断程序模块图 .204.3.1 T0 中断程序 .214.3.2 T1 中断子程序 .214.4 调零程序模块图.214.5 显示程序流程图.224.6 退出程序流程图.234.7 显示总数程序流程图.244.8 本章小结.24第 5 章 系统测试.255.1 硬件抗干扰的设计 .255.2 电源的干扰以及抑制措施 .25苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）VI5.3 空间干扰的防御措施 .265.4 本章小结.26第 6 章 设计方案评价276.1 硬件部分设计评价 .276.2 软件部分设计评价 .276.3 本章小结.27结 论 .28致 谢 .29参 考 文
14、献 .30附录 A 译文 .31单片机的历史.31附录 B 外文原文 .40附录 C 设计总电路图 .53附录 D 程序 .55苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 引言电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，从国防技术、航空航天等到日常生活中的电梯、微波炉等都采用到了微机测控技术。工业生产中的自动称重系统就是微机测控技术的应用。自动称重系统主要包括称重装置和数据的存储两大部分。物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节。称重装置或衡量器是不可缺少的计量工具。随着工农业生产的发展和商品流通的扩大，衡量器的需求也日益增多，过
15、去沿用的机械杠杆秤已不能适应自动化和管理现代化的要求。自六十年代以后，由于传感器技术和电子技术的迅速发展，电子称重技术日趋成熟，并逐步取代机械秤。尤其是七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。快速、淮确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面己成为现代称重技术的主要特点。称重装置不仅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、改善经营等多方面的作用。称重装置应用己遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。但是，我
16、国在这方面的产品少且功能不齐全，所以改善现有称重装置、开发研究功能齐全的自动称重系统是势在必行的。1.2 电子称重技术的发展趋势自七十年代以来，发达国家在电子称重方面，无论从技术水平、品种和规模等方面都达到了较高水平。在技术水平方面的主要标志是准确度、长期稳定性和可靠性。目前作为贸易结算用的静态秤（如平台秤、汽车衡、静态轨道衡等）己能做到O、l 、M 、L 规定的 3000d（分度） ，最高可做到 6000d。在稳定性方面要求一年内不允许超差。在可靠性方面称重传感器在正常使用条件下的寿命一般在十年以上，仪表的平均故障间隔时（MTBF ）都超过 2000 小时，有些产品达到 5000 小时。在生
17、产过程用电子秤方面，由于加强了应用技术开发，能够适应各种恶劣环境（高温、振动、粉尘、电磁干扰、爆炸危险等）下使用；准确度一般能做到 0.10.3。苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）2在品种方面随着生产发展的需要和新技木的应用，出现了新品种，如非连续式自动累加秤、电脑组合包装秤、高速自动包装秤等、这些自动秤往往与生产过程紧密相连，成为生产线的一个组成部分，或者与生产机械组合成一台机电一体化设备。电子称重装置主要由承载器、称重传感器和称重仪表三部分组成，称重方式也是电子称重技术不可分割的内容，下面分别叙述其进展和发展趋势。1.2.1 称重传感器称重传感器是电子称重的核心部件，它把重力转换成
18、电压信号。称重传感器从原理上分有很多种，包括电阻应变式、压磁式、电容式、振弦式、电感式、核辐射式等，但从准确度、重复性、经济性、使用方便等方面综合考虑，目前大量生产的仍然是电阻应变式传感器。它在称重传感器中所占的比例达 90以上。电阻应变式传感器近几年在性能上又有了提高。随着工业控制系统向数字化发展，近几年来数字式称重传感器也被开发和应用。由干它直接输出数字量，大大提高了传输中的抗干扰能力，并使得与计算机的通信极为方便 12。由于取消了仪表中的模拟放大、A/D 转换的环节，使仪表大为简化在计算机中显示和控制的场合，可以不用称重仪表。目前这种传感器大致有两类：电阻应变式数字称重传感器和新型数字式
19、称重传感器。1.2.2 称重仪表称重仪是电子衡器的一种，电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。电子衡器具有反应速度快、测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传便于计算机控制等特点，被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口建筑机械制造和国防等各个领域。称重仪表由于采用了低漂移高增益放大器、高分辨率 A/D 转换器、单片微型机、电可擦存储器(EEPROM)和非易失性随机存储器(NOVRAM)，使其性能和功能都有了很大提高 1。近几年来称重仪表又增加了两项新技术：( 积
20、分的增量)调制型模数转换器和印刷电路板的表面安装技术(SMT)。这些新技术的采用，进一步提高了仪表性能和可靠性，井为仪表小型化创造了有利条件。在性能上已能做到：非线苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）3性优于 0.01灵敏度优十 0.2V/d，A/D 转换速度一般为 1030 次/秒，用于动态称重可达 100 次/秒以上。由于采用了比较方式测量，传感器供桥电源和 A/D 转换基准电源共用一个电源，使电源波动的影响得到了补偿。为了便于与计算机通信，现代称重仪表都配有各种输出接口供选用。如RS232C、RS485 或 RS422A、20mA 电流环、模拟量 (420mA)以及继电器接点输出。
21、有些制造厂为了加强仪表与计算机的通信，采用直接与工业控制机总线相连的方式 5。如西门子 SIWARE 称重仪的输出能直接与两门子 PLC 控制器的总线相连。在工业现场和环境中干扰源是各种各样的，如噪音干扰、工频干扰等，抗工频干扰能力成为衡量电子衡器性能的重要指标。为了具备这一性能，市场上的电子衡器的电路普遍较复杂，相对地，成本也较高。而本产品电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。为了适应各种应用的需要，当前称重仪表发展的一个趋势是：通过硬件或软件的积木式组合来实现不同的功能需求。例如在仪表机箱内通过不同电路板的组合或更换软件存储芯片，来实现不同的功能，以满足各种用途。1.2.3
22、承载器承载器是承载重力并将力传递到称重传感器的机械结构。国外已较多的采用CAD 进行承载器(秤台或秤架)的设计，在保证一定强度和刚度的前提下优化设计，从而达到节省钢材，降低造价的目的 2。据国外资料介绍，在电子称重装置中，称重传感器的价格这几年变动不大，仪表价格随着电子器件价格下降而成下降趋势，而占成本比重比较大的承载器由于钢材和加工费用的上涨使成本提高。因此要降低成本提高竞争力，重点是降低秤台造价，所以优化设计，发展薄型结构己是制造厂向的主要目标。1.3 论文研究的目的及意义随着工业自动化和管理现代化的进展，自动在线称重、快速在线称重和称重系统有了很大发展。进一步采用新技术，开发各种自动称重
23、系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点 3。本课题正是从这一方面出发进行设计的，使得本课题设计的自动称重系统既能获取称重信息，又能实现对称重信息的管理，而且其稳定性好，称量速度快、精度高，可连续自动称重，显示称量结果，苏州科技学院天平学院本科生毕业设计（论文）4实现了称重数据的存储，并且该自动称重系统还实现了可视化，从而杜绝不真实计量现象，维护企业和客户的利益。另外，其界面直观，便于使用。而且本设计电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。1.4 本课题研究的主要内容本课题是设计一种基于AT89C51 单片机的乳粉包装称重控制的电路，主旨是设计一称重仪，对模拟器输出的微弱信号(012mV)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。主要要求：(1)该称重系统中每袋乳粉额定重量为500克；(2) 要求每小时包装数量为200袋；(3)系统的称重控制控制精度要求为0.1。
