基于单片机的电子秤的设计与实现(本科毕业论文)(编辑修改稿)

基于单片机的电子秤的设计与实现(本科毕业论文)(编辑修改稿)内容摘要：

合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能经受住长时间的考验。 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、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。 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。 综合考虑 , 本设计要实现的电子秤的是绝对压力值，同时为了简化电路，提高稳定性和抗干扰能力，要求使用具有温度补偿能力的电阻应变式压力传感器。 本设计选用 CZAF600 压力传感器，其最大量程为 50 Kg。 CZAF6000 压力传感器 的 接线图如 下 ： 图 21 压力传感器引出线接线图 基于单片机的电子秤的设计与实现 6 接线方式：红 E +, 黑 E , 绿 S +，白 S 量程 : 1， 2， 3， 10， 20, 30, 50, 60, 100, 150, 200, 300, 350, 500KG 适用于电子厨房秤，计价秤，平台秤等小台面电子秤。 外型尺寸 : ， 130x22x30， 150x40x35(mm) 安装螺纹孔 : 8M6 深 25mm 技术参数参照表 : 综合误差 : % 绝缘电阻 : ≥ 5000MΩ(100VDC) 灵敏度 : 2177。 : 9VDC~12VDC 非线性 : % 温度补偿范围 : 10℃ ~+50℃ 滞后 : % 使用温度范围 : 20℃ ~+60℃ 重要性 : % 零点温度影响 : % 蠕变 : % 灵敏度温度影响 : % 零点输出 : 177。 1% 安全过载范围 : 120% 输入阻抗 : 1050， 400177。 1Ω 极限过载范围 : 150% 输出阻抗 : 1000， 350177。 1Ω 防护等级 : IP67 称重传感器输出电压振幅范围 0～ 2mV。 而 A/D 转换的输入电压要求为 0～ 2V，因此放大环节要有 1000 倍左右的增益。 对放大环节的要求是增益可调的（ 700～ 1500倍），根据本设计的实际情况增益设为 1000 倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。 按照输入电压 2mV，分辨率20xx0 码的情况，漂移要小于 1181。 V。 由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（ 177。 1181。 V ），从而保证了放大环节对零点漂移的要求。 残余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。 稳定的增益量可以保证其负反馈回路的稳定性，并且最好选用高阻值的电阻和多圈 电位器。 基于单片机的电子秤的设计与实现 7 由 中称重传感器的称量原理可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成 ΔR/R ，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值 120Ω ，灵敏系数 K=2，弹性体在额 定载荷作用下产生的应变为 1000ε ，应变电阻相对变化量为： Δ R/R = Kε= 2100010 － 6 = （ 21） 由式 21 可以看出电阻变化只有 ，其电阻变化率只有 %。 这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。 因此，必须采用转换电路，把应变计的 ΔR/R 变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被 A/D 转换芯片接收的信号。 在前级处理电路部分， 基于电子秤的要求精确度不是很 高，选 择由普通放大器所组成的差动放大器作为本设计的信号放大电路 ； 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LM324)做成一个差动放大器。 其设计电路如 下 图： 图 22 利用普通运放设计的差动放大器。 A/D 转换器的选择 A/D 转换部分是整个设计的关键，这一部分处理不好，会使得整个设计毫无意义。 目前，世界上有多种类型的 ADC，有传统的并行、逐次逼近型、基于单片机的电子秤的设计与实现 8 积分型 ADC，也有近年来新发展起来的 ∑ Δ 型和流水线型 ADC，多种类型的 ADC 各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。 根据系统 的精度要求以及综合的分析其优点和缺点，本设计采用了12 位 A/D 转换器 ADC0832。 ADC0832 为 8位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求。 其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0~5V 之间。 芯片转换时间仅为 32μS ，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。 独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。 通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 ADC0832的实物图如下图 24所示： 图 24 ADC0832 实物 由于电子秤需要设置单价（十个数字键 ，一个小数点）， 总共需设置15 个键（包括一个 清零键、去皮键、单价键 和一个确认键 ）。 本设计 采用矩阵式键盘：矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线，一组列线，按键放在行线和列线的交叉点上。 图 25给出了一个 4 4 的矩阵键盘结构的键盘接口电路，图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。 4 4 矩阵式键盘共可以安装 16 个键，但只需要 8条测试线。 当键盘的数量大于 8 时，一般都采用矩阵式键盘。 结合本设计的实际要求， 采 用 4 4矩阵式键盘。 基于单片机的电子秤的设计与实现 9 图 25 矩阵式键盘 显示电路部分的选择 数据显示是电子秤的一项重要功能，是人机交换的主要组成部分，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。 本次设计选用 LED 数码管 显示 超量程报警部分选择 智能仪器一般都具有报警 功能 ，报警主要用于系统运行出错、当测量的数据超过仪表量程或者是超过用户设置的上下限时为提醒用户而设置。 在本系统中，设置报警的目的就是在超出电子秤测量范围 以及总价不能正常显示 时，发出声光报警信号，提示用户，防止损坏仪器。 超限报警电路是由单片机 的 I/O 口来控制的，当称重物体重量超过系统设计所允许的重量，通过程序使单片机的 I/O 值为 低 电平，从而三极管导通，使蜂鸣器 SPEAKER 发出报警声，同时使 连接 报警灯 的 I/O 置 为低电平，则发光二极管导通，二极管 发光。 在设计过程中一定得注意发光二极管的极性，否则，发光二级管是不会正常发光。 电源模块方案选型 为了使称重仪的供电方便，这里把电源设计成用 220V 的交流电经过变压器后输出177。 9 的电压，经整流滤波电路后， 通过 LM7805 和 LM7905进行 DC/DC 变换得到177。 5V供压力传感器器和系统的其他芯片 使用 基于单片机的电子秤的设计与实现 10 第三章 硬件电路设计 根据设计要求与设计思路，此电路由一块 AT89S52 单片机、复位电路、时钟电路、 12864LCD 显示器、蜂鸣器及 LED 灯报警电路、 CZAF602 压力传感电路。 硬件设计框图如下： 复 位 电 路压 力 传 感 器 电 路声 光 报 警 电 路L C D 显 示 器 接 口时 钟 电 路A T 8 9 S 5 2单 片 机 图 31 硬件电路设计框图 在本系统中用于称量的主要器件是称重传感器（一次变换元件），称重传感器在受到压力或拉力时会产生电信号，受到不同压力或拉力是产生的电信号也随着变化，而且力与电信号的关系一般为线性关系。 由于传感器输出的为模拟信号，所以需要对 其进行 A/D 转换为数字信号以便单片机接收 ，因此电路中需要用进行 A/D 转换。 又 由于 本设计采用的是 CZAF602电阻应变式压力 传感器，其输出电压为 2mv 左右 不 能够 使 单片机和 AD 转换器正常工作，因此需要设计放大电路来使 ADC0832 的输入电压达到 2v左右，放大电路的增益应为 算出物体的重量。 在本系统中，硬件电路的构成主要有以下几部分：。