基于单片机的称重仪的设计毕业论文

基于单片机的称重仪的设计毕业论文内容摘要：

换 得 到 177。 5V 供 压 力 传 感 器 器 和 系 统 的 其 他 芯 片 使 用。 数据采集模块方案选型数据采集模块分为 3 个部分：称重传感器、前级放大器和 A/D 转换器。 （一）称重传感器首先这里传感器选用金钟电子衡器股份有限公司生产的 LPSII10 型压力传感器，为双孔悬臂梁形式，是电子计价秤的专用产品。 这里说下传感器的选型方法，可具体参考以下步骤：(f)，转换系数(f)是表明每一个检定分度值(V)中有多少个示值单位，是用于把全部示值单位转换为“V”的，它是由初始公称试验温度20℃时，进程负荷试脸下试脸效据平均值确定的。 ，所谓“参比值”即是 “理论示值”或“理想示值“。 ，以确定选型是否成功。 （二）前级放大器其次前级放大器的设计有以下几种方案可以采用：方案一、利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。 普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。 由于 A/D 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。 所以，此中方案不宜采用。 方案二、由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。 差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放 ( 如 OP07) 做成一个差动放大器。 实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。 对精度会有较大影响。 方案三、采用专用仪表放大器，如： INA126，INA121 等。 此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单，且放大器的增益是可以改变的。 基于以上分析，我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器 INA126（三）A/D 转换器8然后按设计要求：电子称最大称重为 5 公斤，重量误差不能大于 1%0。 我们的理解是满刻度时，只能有177。 5g 的误差，精度要求较高。 同样也有以下几种方案采用方案一：采用 V/F 变换芯片 LM331该方案是使用压频变换器件，把电压信号转化为频率信号，单片机通过计数获得重物的重量，此方案，可不用 A/D，但需要比较复杂的小信号放大、调理电路，并且 LM331 外围电路较繁琐，参数配置相对严格，故未采用。 方案二：选用 12 位逐次比较式 ADC，此方案经小信号放大、调理电路，可直接连接单片机，也可以可满足精度要求，故采用此方案。 主控制器模块方案选型根据本设计与主控制系统的功能要求，以及性价比的最大化这里选用 51 单片机。 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 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 ”。 数据显示模块方案选型本设计只需要显示出所称实物的实际重量，由于 LED 耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高等优点，再加上驱动简单，容易利用单片机对其进行控制和编程等特点选用 LED 显示。 报警模块方案选型报警电路只在实物超出人为设定的值时，才被单片机驱动。 在这就是对使用者有个提醒作用，人为使用普通的声光报警就可以。 我们选用蜂鸣器与发光二极管来设计报警电路。 本 章 小 结本章主要是阐述系统的总框图及其各大模块的方案设计，并且为各方案的选型做了一一的讲解。 9第 3 章 称 重 仪 的 各单元电路硬件设计 10　 AT89S51 单 片 机 的 简 介AT89S51 是一种低功耗，高性能的片内含有 4KB 快闪可编程/擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的 8 位COMS 微控制器，使用高密度，非易失存储技术制造，并且与 80C51 引脚和指令系统完全兼容。 芯片上的 FPEROM 允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对存储器重复编程。 AT89S51（以下简称 89S51）将具有多种功能的 8 位 CPU与 FPEROM 结合在一个芯片上，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又便宜的方案，其性能价格比远高于 8751。 由于片内带 EPROM 的 87S51 价格偏高，而片内带 FPEROM 的 89S51 价格低且与 80C51 兼容，这就显示出了 89S51 的优越性。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89S51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89S 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 单片机的最小系统设计中央处理单元选用我们熟悉的单片机，即最后电路的核心采用最常用、好用和廉价的 ATEMAL 公司的 AT89S51。 设计者必须仔细选择晶振频率，确保标准的通讯波特率（1200、 4800、 9600、 等）。 不妨先列出可供选择的晶振所能产生的波特率，然后根据需要的波特率和系统要求选择晶振。 有时也不必过分考虑晶振问题，因为可以定制晶振。 当晶振频率超过 20M 时，必须确保总线上的其它器件能够在这种频率下工作。 当工作频率增加时，功耗也会增加，这点在使用电池作为电源的系统中应充分考虑。 单片机采用 89S51 单片机，它有 4K 的程序存储空间和 256B 的数据存储空间，可以满足编程的要求。 P0 口和 P2 口用于 LED 数码管的显示。 用 12Mhz 的晶振，时钟周期为 1 us。 采用按键复位。 其最小系统的外围电路图如图 31 所示：11图 31 单片机最小系统　 电 源 电 路 设 计本时钟电源采用整流滤波电路和三端稳压电路 LM7805 和LM7905。 LM7805CT 芯片输入端电压约为 9V,输出端电压为 5V，LM7905 芯片输入端电压约为9V,输出端电压为5V，输入端和输出端的压差绝对值都应大于 ,否则会失去稳压能力。 同时考虑到功耗问题 ,此压差又不易太大,太大则增加 7805 与 7905 本身的功率消耗,增加芯片的升温,不利于安全。 根据变压器副边电压与经过滤波后输出电压关系可知,副边电压约为177。 9V,据此确定变压器原副边匝数比这样即可得到系统所需要的177。 5V 电源，电源设计图如图 32 所示。 12图32 电源设计图 称重传感器的基 本 工 作 原 理传 感 器 实 际 上 是 一 种 将 质 量 信 号 转 变 为 可 测 量 的 电 信 号 输 出 的 装 置。 用传 感 器 首 先 要 考 虑 传 感 器 所 处 的 实 际 工 作 环 境 ， 这 点 对 正 确 使 用 传 感 器 至 关重 要 ， 它 关 系 到 传 感 器 能 否 正 常 工 作 以 及 它 的 安 全 和 使 用 寿 命 ， 乃 至 整 个 衡器 的 可 靠 性 和 安 全 性。 因 此 传 感 器 外 围 电 路 的 抗 干 扰 能 力 是 数 据 采 集 部 分 电路 设 计 的 关 键 环 节。 称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由式（31）给出： （31）电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相 0 应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。 下面就这三方面简要论述。 （一）电阻应变片电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。 他的一个重要参数是灵敏系数 K。 我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为 L，横截面是半径为 r 的圆形，其面积记作S，其电阻率记作 ρ，这种材料的泊松系数是 μ。 当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为 R：R = ρL/S（Ω） （3—2）当他的两端受 F 力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。 设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少 Δr。 此外，还可用实验证明，13此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作 Δρ。 对式（32）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。 我们有：ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 （3—3）用式（32）去除式（33）得到ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S （3—4）另外，我们知道导线的横截面积 S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以ΔS/S = 2Δr/r （3—5）从材料力学我们知道Δr/r = μΔL/L （3—6）其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。 μ 是表示材料横向效应泊松系数。 把式（3—5）式（3—6）代入式（34） ，有ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L=（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L） ）*ΔL/L= K *ΔL/L （3—7）其中K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L） （3—8）式 37 说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。 需要说明的是：灵敏度系数 K 值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的 K 值一般在— 之间；其次 K 值是一个无因次量，即它没有量纲。 在材料力学中 ΔL/L 称作为应变，记作 ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便。 常常把它的百万分之一作为单位，记作 με。