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第一章绪论
9 K: f; ?& u! S, m1.1 研究目的和意义( C% r3 s/ O! ?) m, u8 c
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7 D) O: f; c* Y1 g F& r `
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" A" d8 }9 j& _4 p
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
- u( F; C7 J: j/ ?: y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) {* }( c6 l% @2 C) `3 O
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
( V9 Q9 T' K* c% |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- f7 X6 a0 Z% T6 C! K7 Y/ d
过载报警，总价计算，数据通信等众多功能。
' P3 \% Y# ~- |4 y( Y+ w% a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( @% X& R9 C& G0 C
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，
- R- A4 n& ?$ T2 f9 F/ N% u" H- v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& k N+ V( [6 r% B% O" |
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
* B6 @; o! S% G" { v+ z秤应用中的不足之处，具有现实意义。! [& e/ X2 j3 K6 S& }- I
1.2 电子称重系统的应用领域
1 N+ J: a0 o& t* o( V8 a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、# {. t1 g0 ?5 s7 \6 v1 G
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
) q. p& K' r! j" l, i$ m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
( F/ _' w" C. ]% t( h1 x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
2 @) I0 d; y$ U0 u% q8 i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
' |$ H: L& L3 Z' k+ Y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. k0 E- w6 ~/ d& y& A6 d1 V. {
的要求不高，但对秤的外观，智能性，便携性却有很高的要求。
& h8 u. ]$ ^( O9 S1.3 主要工作以及论文结构, t6 E) u0 x7 e6 H+ Y( c
基于单片机的电子秤的设计与实现
* o; b: k% l8 [8 Q. x3 Y2: f$ T2 a8 f) b" G8 ?3 l
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
3 @3 v- T( D6 q. `" r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，% y" N+ s, D; T: e0 p' j
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
7 f0 p2 t; Z0 H0 G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
1 a, ~6 L3 ^% F y1 Q/ N* J* o: i价格。$ u4 t1 ~2 s; V3 t b3 |! l* s0 ]
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、
/ c1 {% R9 q! @% K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
' e O$ V5 n2 u1 ]" s# w; v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
$ _5 S, K+ T. \. H外围模块的接口电路以及电子秤应用程序的实现等。
5 n; {7 t6 ?) `: \: {+ s0 [论文的结构如下：
/ }% z8 l+ D2 b7 g# h2 k第二章叙述了系统的方案论证以及硬件设备的选型。; h8 w2 I, w9 C L5 j7 b
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
( `8 h9 [: h- T$ u0 Y) g程，以及各部分性能指标的要求和实现。
3 v$ ^* Z$ ~7 W9 T* V w7 u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, X; O1 p5 H5 h* l* K0 l6 T, g- b
的详细设计方案。1 E9 I$ q! D1 d5 [3 R3 O# w
第五章叙述了该设计仿真和调试结果。% t3 ?; n" ~& P9 q( k$ \
第六章论文工作的总结。5 e6 v% Y9 m o+ J- w; T* _. c. u4 S
基于单片机的电子秤的设计与实现' o0 m$ _) T) D+ g! B
3' x6 ~7 {" R- V. `
第二章系统方案论证与选型
1 q P, W- N+ g8 L9 b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、. p( h% Q% H5 q2 `
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' x' |2 j& N$ n$ E* o
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' x2 r- q, A, @4 \: F
案框图如图2-1 所示。
0 [* w3 w/ O& }& d; m0 J3 C图2-1 设计思路框图3 l1 M0 o% @+ k. r
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
* s, D1 X" V4 j0 a" R8 X' \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，. k+ w: B( [4 |! X! f' J( [
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: j2 _4 S1 \3 }7 v, P& X. |
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
" b4 K8 Q2 G' c3 I4 z& }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，
' L' F9 A- Z# Z! P$ ]+ A: k( p" b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
% W8 t, r( |0 y: ?: L! g示部分根据需要实现显示功能。
/ q* ~1 Z1 M4 d0 b2 J2.1 控制器部分
3 J$ L; B8 j, l* b V2 J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
: a8 w; ~# e6 `% t. l: ]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( u$ K/ I) ?2 P
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+ E) o1 U- U, R9 G$ G- t
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: i) n s$ Q$ P8 D1 A7 v5 c
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
" D, d8 w" r6 J# }4 q B& e基于单片机的电子秤的设计与实现
- A3 O$ L `" P) t! G6 {4% E* m' u- n% q
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
6 O9 O$ `' ^ Y) @" x1 c+ N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，
, Z# X" A4 Y6 V" X( X( r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
5 r; [; l) p9 s* \1 CAT89SXX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
/ h: j2 l- s. g; \$ R" \& z* f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
+ z' v5 N/ h. A! V0 [价格低廉、性能比较稳定的MCPU，具有8K×8ROM、256×8RAM、3 个16
7 h. e" ], |* _! 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
, t& }8 D! y/ [量和控制要求。! ^0 s8 @. N! W; ]% Z- G
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
A% t: s6 }1 Q9 _. V4 n0 e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
3 f7 g9 c& h/ z1 ?们的需要。
D3 v' n% |( X5 _9 d2.2 数据采集部分
, M6 [' t' c( S2 B) W2 ]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
* S' A6 R4 z p换电路，因此对于这部分的论证主要分三方面。5 J' f2 [: ? r! L- k Z
2.2.1 传感器的选择 g/ b6 q7 Z, h! G
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3 n! z" p0 K" y! K7 @ q O: J
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
4 o- O/ y6 H K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. I" m" l) y7 Y* \, z; f i g( S
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. w9 j* e- E1 F3 P; |) y
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# F' I: K3 o# w7 `! \+ N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
6 E- b8 ]6 g$ @: O: a& H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，& Z" H R& Z7 g. E
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
! ?; w r# L! z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- k9 |* z v/ ^0 z
大量的实验而确定的。
* T3 h) T3 Q9 Z基于单片机的电子秤的设计与实现3 ?2 L) e( V, p: b9 M8 b( y
5/ I$ r% d# F3 v8 z4 L7 m
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
/ \: O8 h$ x' a5 h2 v! E M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
/ p: z9 ?' O* b" p/ ] M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% q' _/ l) X# t5 ]
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6 Z; v. I: z% D: j' W [ N; N) x" G
5Kg，允许过载为150%F.S，精度为0.05%，最大量程时误差 0.01kg 。可4 s6 S' p' _7 f3 U, j; ^7 E
以满足本系统的精度要求.: h! E8 ?' y& {4 s A# F
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
! D/ b m# F/ Z( b4 o* [+ a8 u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+ ^# y) @5 o4 V5 I: R0 K( j
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0 g! j+ W m. w
能经受住长时间的考验。* O/ {$ D) h" g" N/ O+ J O, 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、8 @5 P5 B! {. g; [) T2 H1 N5 j
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。5 u2 z0 U- D1 u5 [" `/ K1 P, U% |
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。5 `/ k% k# q: T, p
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5 x+ h0 c; w9 \$ z/ 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
) r6 d6 H; Y$ H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. P! f8 g$ ], \% I4 {' G: K+ @( y8 j# r
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。9 ^/ X: C( ^4 @: z
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发表于 2019-11-11 10:02
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