基于单片机的电子秤的设计与实现(毕业论文)

shanchang1

第一章绪论
1.1 研究目的和意义
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
$ h* Z5 d. O" ?" u' `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
* o6 d/ ]+ [# [. Q0 Y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
8 `2 v# S" P" \% O5 T4 {+ {* U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
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
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
过载报警，总价计算，数据通信等众多功能。
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
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，
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
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
* B: j2 J" A8 Q( g) X秤应用中的不足之处，具有现实意义。
1.2 电子称重系统的应用领域
8 y7 W  E' C* t: h; N8 n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、
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
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
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
, g7 ~5 G  X% q# ?! f* a7 U% e0 M& Z4 W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
4 T9 P$ a  |$ t1 h9 J7 n! o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
# K. t+ J3 ?% a3 D2 J* Z% o的要求不高，但对秤的外观，智能性，便携性却有很高的要求。
" Z7 a& J$ [  W  J, a. I4 _1.3 主要工作以及论文结构
基于单片机的电子秤的设计与实现
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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
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，
5 m4 w" O% X  o% ^1 w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
4 F: ?6 d0 p& t& 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
+ r. A  |& T" q0 C% C价格。
- p. q# p  V4 z, X# D$ N& q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 o7 n# z% \2 q  w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
) B; X3 `+ W& B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
外围模块的接口电路以及电子秤应用程序的实现等。
论文的结构如下：
第二章叙述了系统的方案论证以及硬件设备的选型。
) w3 \+ l6 W% C7 {0 Q% 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
程，以及各部分性能指标的要求和实现。
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
& C+ L2 C9 ~" I: i. {的详细设计方案。
/ e! v) C0 D8 B2 @2 s第五章叙述了该设计仿真和调试结果。
2 L  L8 @7 V/ Z! i( u6 [2 _第六章论文工作的总结。
基于单片机的电子秤的设计与实现
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1 Z: n; t2 I) J( Q" o* u2 x( \% _第二章系统方案论证与选型
! M& ]- y8 Q) T0 ?1 y9 G! ^% 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、
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
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
案框图如图2-1 所示。
图2-1 设计思路框图
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
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，
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
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
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，
1 c6 ]% w  [' `2 I" w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
! s. a8 l  T' q示部分根据需要实现显示功能。
2.1 控制器部分
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
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
! g9 T" V7 c$ o" F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
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
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
! v! v" j" b1 k) i& d  s' f5 Y4 N基于单片机的电子秤的设计与实现
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/ G9 J6 Z/ L2 C/ L4 D, g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
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，
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
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
/ f9 G2 J6 b7 k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
价格低廉、性能比较稳定的MCPU，具有8K×8ROM、256×8RAM、3 个16
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
- s9 I9 N- A) K% n; u4 A( ^量和控制要求。
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
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
* ~& u( J4 \' Y: b们的需要。
2.2 数据采集部分
2 k  x2 v. M5 P( P, V/ }1 `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
换电路，因此对于这部分的论证主要分三方面。
2.2.1 传感器的选择
4 c6 c) y! y) a  ^, R, N+ w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
/ S8 B7 o: ?5 a! W6 T$ v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
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
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
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
' ]% ^2 b3 L: n" X* F1 j- j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
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，
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
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
大量的实验而确定的。
基于单片机的电子秤的设计与实现
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* r+ Q+ K  L/ I$ E1 N4 n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
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
' J6 Y( P# u1 V2 l( |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
% h9 H% w+ b, n$ S6 s8 c* o# E* W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
5Kg，允许过载为150%F.S，精度为0.05%，最大量程时误差 0.01kg 。可
( k9 a  h* C* d0 _' |以满足本系统的精度要求.
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
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
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
7 M( r" i5 s6 l7 r; _能经受住长时间的考验。
! m7 ?  x4 [% T3 i3 q' u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、
3 C- Y/ J! O/ Q- S, U; r* k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。
) I/ B$ t4 k* C  o8 u# a# C1 R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。
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
1 S1 g$ p9 f0 t0 L- z/ X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
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
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。
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