論文簡(jiǎn)易電子秤的設(shè)計(jì)

1、簡(jiǎn)易電子秤的設(shè)計(jì)中文摘要：目前，電子秤的使用非常普遍，它逐漸會(huì)取代傳統(tǒng)的桿秤。由力傳感器制作的電子秤已廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè), 特別是微處器的出現(xiàn)，利用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)制作的電子秤在許多領(lǐng)域都得到了很廣泛的應(yīng)用。 本文介紹了一種以89c52單片機(jī)微處理器的電子秤，并配以幾個(gè)主要的集成電路器件設(shè)計(jì)成的智能電子秤。本系統(tǒng)是利用力傳感器采集當(dāng)前重力，根據(jù)輸入單價(jià)，計(jì)算出物品的金額；同時(shí)把重量、金額顯示到led數(shù)碼管上。 關(guān)鍵詞： 壓力傳感器;放大器;單片機(jī)abstract： nowadays，electronicssteelyardis very popular and it will replace

2、the traditional steelyard gradually. the electronics steelyard made by the pressure transducer has been applied to all professions, especially theemergenceofthemicroprocessor.the electronics steelyard that the technique of making use of the microcomputer creates all got a very extensive application

3、this text introduces a kind of intellectual electrical system which is controlled by msp430 and consists of several integrated circuits. this system gathers the pressures by the pressure sensor according to the price input ,calculate the price accurate and display the weight and the money in the led

4、 。keywords： pressure sensor;amplifier magnifier;scm singlechip 1 秤重技術(shù)和衡器的發(fā)展1.1 概述質(zhì)量是測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)重要參數(shù)，在現(xiàn)代社會(huì)里，秤重技術(shù)融入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，工藝管理，資源利用，安全環(huán)保，運(yùn)輸常離不開工業(yè)衡器。經(jīng)過(guò)幾十年的努力，通用工業(yè)衡器技術(shù)也成熟，正向著系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、模塊化、小型化、輕型化發(fā)展。其性能可靠。完全滿足了生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的要求。同時(shí)，很大一部分工業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)流到資金流的轉(zhuǎn)換就是通過(guò)秤重信息來(lái)實(shí)現(xiàn)的。人們對(duì)貨物交換量進(jìn)行計(jì)量，就必需有計(jì)量?jī)x器。秤作為最普遍、最普及的計(jì)量設(shè)備

5、。因此，電子秤取代機(jī)械秤是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。2系統(tǒng)的工作原理及硬件構(gòu)成該電子秤是以89c52單片機(jī)為核心,采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易電子秤。硬件由電阻應(yīng)變式稱重傳感器、89c52單片機(jī)、a/d轉(zhuǎn)換電路和led八段數(shù)碼顯示管組成，可測(cè)量500克的重物重量，測(cè)量精度為5克。本設(shè)計(jì)目標(biāo)是：將被測(cè)重物的重力傳遞給稱重傳感器。,將作用于其上的重力轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性的電壓輸出, 再經(jīng)過(guò)放大器將信號(hào)放大，通過(guò)a /d轉(zhuǎn)換電路將放大的電壓值變換成相應(yīng)的數(shù)字量, 由單片機(jī)89c52進(jìn)行運(yùn)算處理, 最后將物體的重量和價(jià)格顯示出來(lái)2.電子秤系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)變式傳感器電橋電路a/d轉(zhuǎn)換器led顯示器單片機(jī)鍵盤電路v0vi放

6、大器 圖1 系統(tǒng)框圖2.1.1應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器將電阻應(yīng)變片粘帖到各種彈性敏感元件上，可測(cè)壓力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，性能穩(wěn)定可靠，線性度高，應(yīng)用廣泛，靈敏度高，測(cè)量速度快。因此我們選用電阻應(yīng)變式傳感器. 應(yīng)變片式傳感器按其測(cè)量電路可分為單臂式、半橋式、全橋式三種，我們選用的是全橋式傳感器。所謂，半橋，即將電橋的四臂接入四應(yīng)變片，其中：一片受拉，一片受壓，另外兩應(yīng)變片不受力，全橋是兩片受拉，兩片受壓，故靈敏度比半橋式的大一倍。其溫度影響也小。應(yīng)變片是電阻應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一， 它是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件。在本設(shè)計(jì)中我們選用的是絲式應(yīng)變片，它的工作

7、原理是基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)。金屬絲的電阻隨著它所承受的機(jī)械變形的大小而發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象稱為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。測(cè)量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。2.1.2 應(yīng)變電橋 前面提到了應(yīng)變片，這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋。其原理圖略，橋臂電阻分別用r1、r2、r3、r4來(lái)表示。它們的阻值若太小，所需驅(qū)動(dòng)電流大，同時(shí)應(yīng)變片發(fā)熱，在不同環(huán)境中阻值變化太大。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。我們選用350歐電阻，且r1=r2=r3=r4。既當(dāng)500g的物體作用于彈性敏感元件時(shí)產(chǎn)生的阻值變化r=0.25歐。2.1.3

8、放大電路由于傳感器輸出的電壓為毫伏級(jí)，而a/d轉(zhuǎn)換器所能處理的電壓是0-5v，對(duì)運(yùn)算放大器的要求高，需在a/d轉(zhuǎn)換器前加入前置差動(dòng)放大電路以實(shí)現(xiàn)電壓的放大。由于傳感器輸出信號(hào)電壓為0.0285714v，而a/d轉(zhuǎn)換器需要的電壓為5v，則信號(hào)放大倍數(shù)av=5v/0.0285714v=175，即需將輸入信號(hào)放大175倍。為保證放大器電路的性價(jià)比，放大電路我們采用的是通用運(yùn)放做成的差動(dòng)放大器。其原理圖如圖2所示。vi1vi2r1ir2ir3ir4irir5ir7ir8ir9ir6ic1ic3ic2ic4i-5vi+5viv0 圖2電阻r1，r2，電容c1，c2，c3，c4用于濾除前級(jí)噪聲，c1，c2

9、為普通小電容，可以濾除高頻干擾，c3，c4為大電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。輸入級(jí)加入射隨器，增大了輸入阻抗，中間級(jí)為差動(dòng)放大電路，滑動(dòng)變阻器r6可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級(jí)可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。輸出級(jí)為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。差動(dòng)放大器的輸入信號(hào)來(lái)自于傳感器的輸出端輸出的電壓。第一級(jí)為射極跟隨器，中間級(jí)為差動(dòng)放大電路，最后一級(jí)為反向比例運(yùn)算放大電路。2.1.4 a / d 轉(zhuǎn)換電路所謂a/d轉(zhuǎn)換器就是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（adc），是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信號(hào)輸入端可以是傳感器和轉(zhuǎn)換器的輸出，而adc的數(shù)字信號(hào)提供給微處理器，根據(jù)我們此

10、設(shè)計(jì)要求的電子稱是500g的容量，測(cè)量的精度為5克，其精度為500/5=100.。因此采用 8位的a/d轉(zhuǎn)換器即可滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得，物體的重量與放大器輸出的電壓之間的關(guān)系如圖3所示。重量（g）0g100g200g300g400g500gv040mv0.99v1.94v2.90v3.85v4.80v圖3 重量-電壓轉(zhuǎn)換表2.1.5 控制電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常采用性價(jià)比高、配置靈活的數(shù)碼管（led）做顯示。被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大后送入單片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)關(guān)系和鍵盤控制運(yùn)算處理，最后經(jīng)數(shù)碼管顯示出被測(cè)物體的重量和價(jià)格。其方框圖如圖4所示。放大器ad轉(zhuǎn)換器mucat89c52鍵盤電

11、路靜態(tài)顯示圖 4單片機(jī)控制適合于功能比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng),而且成本低,功耗低,體積小，算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng),技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜,編程復(fù)雜。因此我們?cè)诒疚闹羞x用的6個(gè)led組成數(shù)碼管顯示系統(tǒng)。它具有硬件設(shè)備簡(jiǎn)單，可移植性好，成本低廉的特點(diǎn)，在各種儀表顯示系統(tǒng)中應(yīng)用效果良好。2.1.6 led數(shù)碼管顯示電路顯示部分可以將處理得出的信號(hào)在八段數(shù)碼管上顯示，讓人們直觀的看到被測(cè)物體的重量、價(jià)格等信息。led顯示分狀態(tài)顯示和數(shù)據(jù)顯示兩種。狀態(tài)顯示即由單只led的亮和滅來(lái)反映其是否工作，而數(shù)據(jù)顯示則應(yīng)能顯示0-9的數(shù)字或簡(jiǎn)單少量的字母，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的是八段led。我們采用的是八位

12、共陽(yáng)極led數(shù)碼管，能夠顯示物體的重量和總價(jià)。2.1.7 鍵盤電路根據(jù)電子秤的功能要求，我們既要測(cè)量稱重物體的重量，又要根據(jù)重量來(lái)計(jì)算單價(jià)、總價(jià)等。因此，我們需設(shè)置8個(gè)按鍵。即“測(cè)量鍵”，“元鍵”，“角鍵”，“分鍵”，“單價(jià)顯示鍵”，“總價(jià)顯示鍵”，數(shù)字“+”鍵，數(shù)字“-”鍵。本課題是由吳佳玲同學(xué)和我完成，我著重介紹軟件部分。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，程序設(shè)計(jì)是必不可少的，由于系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求并不高，而且涉及計(jì)算問(wèn)題，我們采用單片機(jī)c語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,在硬件基礎(chǔ)上，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：秤重并顯示物體重量； 設(shè)置單價(jià)、計(jì)算

13、總金額，并具有顯示單價(jià)和總金額的功能。3.2 程序流程我們從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，采用自頂向下的程序設(shè)計(jì)思想，對(duì)軟件設(shè)計(jì)按下列步驟進(jìn)行：即先分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求；然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件總體設(shè)計(jì)，包括程序整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)程序進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)即將程序劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊；并用c語(yǔ)言編寫每個(gè)模塊程序；最后按照軟件總體設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)框圖以及秤的功能要求將軟件的初始化模塊、轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊、鍵功能處理模塊、延時(shí)模塊等將各模塊連接成一個(gè)完整的程序。系統(tǒng)的程序流程如圖5所示。該程序流程圖是根據(jù)系統(tǒng)軟件的工作流程得出的，它實(shí)際上是各個(gè)程序模塊的集合，主程序流程圖給出了系統(tǒng)工作的基本過(guò)程，

14、描述了信號(hào)的基本流向，在程序設(shè)計(jì)中起到一個(gè)向?qū)У淖饔瞄_始初始化有鍵按下測(cè)量鍵讀a/d轉(zhuǎn)換計(jì)算重量顯示重量重量.單價(jià)顯示總價(jià)按“元”鍵按“角”鍵總 價(jià)設(shè)置單價(jià)修改“元”修改 “角”按“分”修改“分ynnyyynynn顯 示 單 價(jià)y數(shù)字“+”數(shù)字加1n數(shù)字“”數(shù)字減1 圖5程序流程圖注：修改的是“元”、“角”、“分”的實(shí)際含義是設(shè)置修改“元”、“角”、“分”的標(biāo)志。從程序流程圖可看出，在設(shè)計(jì)程序時(shí)，鍵盤的功能定義對(duì)程序的設(shè)計(jì)具有重要作用。3.2.1 鍵盤功能定義根據(jù)硬件電路，我們?cè)O(shè)計(jì)的鍵盤由8個(gè)按鍵組成，它們分別與單片機(jī)的p1口相接，各按鍵的功能定義如下：用p1.0作測(cè)量鍵：當(dāng)測(cè)量鍵按下時(shí)，從p

15、1.0輸入的信號(hào)為1，系統(tǒng)對(duì)進(jìn)行稱重(此時(shí)從單片機(jī)讀p1口得到的鍵盤值為0x01)。用p1.1、p1.2、 p1.3作對(duì)應(yīng)單價(jià)設(shè)置中元、角、分鍵；如按下p1.1，表示此后在按下的數(shù)字鍵是在對(duì)應(yīng)元進(jìn)行設(shè)置； 用p1.4、p1.5作的數(shù)字上、下調(diào)節(jié)鍵，如先按下p1.1，再按p1.4，則將單片機(jī)內(nèi)部保存的元這一位進(jìn)行加1處理，如果該位已是就則變?yōu)?。余類推。用p1.6作顯示單價(jià)鍵：按下此鍵，單片機(jī)就顯示單價(jià)。用p1.7作顯示總價(jià)鍵，按下此鍵，單片機(jī)就顯示總價(jià)。3.2.2 數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)處理模塊是整個(gè)程序的核心。主要用來(lái)處理輸入數(shù)據(jù)。它包括用數(shù)碼管顯示經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換出的重量值，數(shù)據(jù)ram，乘法運(yùn)算模塊

16、等。系統(tǒng)將物體的單價(jià)等信息存于數(shù)據(jù)ram中，當(dāng)接收到a/d轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)（電壓信號(hào)）后，根據(jù)相應(yīng)的系統(tǒng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)重量數(shù)據(jù)信號(hào)，并將其進(jìn)行乘法運(yùn)算得到相應(yīng)的總價(jià)。即： 金額=重量單價(jià)3.2.3顯示電路顯示電路是建立在系統(tǒng)內(nèi)部和觀測(cè)人之間的橋梁。通過(guò)顯示，使輸出結(jié)果可視化。 該顯示電路由6位led組成，主要是將相應(yīng)的重量值、以及價(jià)格量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的顯示數(shù)值。串行口控制的靜態(tài)led顯示，即當(dāng)89c52的串行口不做通訊使用時(shí)，可以使它工作在移位寄存器方式，擴(kuò)展tls546來(lái)驅(qū)動(dòng)led顯示器。工作在移位寄存器方式時(shí)，串行口的txd端輸出移位同步時(shí)鐘，rxd端輸出串行數(shù)據(jù)。4 系統(tǒng)調(diào)試在前面硬件和軟件

17、設(shè)計(jì)基本完成之后，便可以進(jìn)行硬件和軟件的功能仿真，綜合測(cè)試并分析。將傳感器放平、接好電路，以及提供合適的電源電壓，對(duì)照前面的重量電壓轉(zhuǎn)換表，（圖3所示），觀察不放任何物體時(shí)電壓是否為40mv，若不為40mv，則需調(diào)整電位器，改變電壓值，加上不同的砝碼，觀測(cè)相應(yīng)電壓值，同時(shí)記下相應(yīng)的重量和價(jià)格值。看是否誤差過(guò)大，根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題調(diào)整電路和程序。5結(jié)束語(yǔ)我們采用89c52單片機(jī)設(shè)計(jì)共同對(duì)簡(jiǎn)易電子秤進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì), 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，分別對(duì)電子秤的硬件和軟件做了系統(tǒng)分析，使我對(duì)電子秤的結(jié)構(gòu)和工作原理有了更深層次的理解。尤其是軟件部分，結(jié)合基于單片機(jī)的c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理、鍵盤控制以及l(fā)ed數(shù)碼管顯

18、示電路進(jìn)行了系統(tǒng)編程。這個(gè)畢業(yè)課題的制作，使我自身的綜合分析能力得以提高。但是，由于時(shí)間和知識(shí)水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中還存在很多的不足，比如我們所設(shè)計(jì)的電子秤最大稱量只有500克，與市場(chǎng)上的電子秤相比，沒(méi)有其實(shí)用價(jià)值，若要擴(kuò)大它的量程，則在傳感器上做調(diào)整，增加彈性敏感元件的彈性強(qiáng)度即可；而且測(cè)量精度為5克，若要提高它的測(cè)量精度，則我們可以采用16位的a/d轉(zhuǎn)換器既可。在此，我要十分感謝指導(dǎo)老師（郭世鋼）老師對(duì)我的精心指導(dǎo)和大力幫助！參考文獻(xiàn)1 張友德,趙志英.涂時(shí)亮 單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)1.復(fù)旦大學(xué)出版社, 19922 殷衛(wèi)寧. 電子計(jì)價(jià)秤維修大全1 .電子工業(yè)出版社, 1994 4 殳

19、偉群. 基于參數(shù)估計(jì)的動(dòng)態(tài)稱重新方法j . 計(jì)量學(xué)報(bào),19995 趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，2004；6張毅剛.mcs-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20037賈伯年，俞樸.傳感器技術(shù).東南大學(xué)出版社，2000 8單成祥.傳感器理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用.國(guó)防工業(yè)出版社，19999 李道華，李玲.朱艷 .傳感器電路分析與設(shè)計(jì) .武漢大學(xué)出版社，2000附1：程序#include #define xbyte (char *)0x20000l)#define cs0804 xbyte0x0fc00 /* a/d端口地址 */#define uint unsigned int

20、#define uchar unsigned char void dispfb( ); /* 顯示函數(shù) */ int delay( );uchar getkey( ); uchar idata disp7; /* 顯示數(shù)據(jù) */uchar idata adzhi; /* a/d轉(zhuǎn)換值 */uint idata zliang ; /* 總重量 */uchar idata yuan ; /* 元 */uchar idata jiao; /* 角 */uchar idata fen ; /* 分 */uchar idata yjfflag; /* 元、角、分標(biāo)志 */ uchar code tabl

21、e =0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09; /* 碼表 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 */unsigned char read0804() unsigned char i; cs0804=0; /* 起動(dòng) a/d */ for (i=0; i 100us */ return(cs0804); /* 讀入結(jié)果 */main( ) unsigned char;int djia,zjia,i;flag=0; yuan= jiao= fen=5；yjfflag=0; disp5=disp4=disp3=table0;disp2=

22、disp1=disp0=tabl5;disp2=disp2&0; dispfb( ); while(1)key=getkey( );if( key=0x01) /* 測(cè)量 */ adzhi=read0804(); /* 讀a/d轉(zhuǎn)換值 */zliang=(uint)adzhi*(4.8-0.04)/500; /* 計(jì)算總重量 */zltodisp( ); dispfb( );else if(key=0x02) yjfflag=1; /* 設(shè)置元 */ else if(key=0x04) yjfflag=2; /* 設(shè)置角 */else if(key=0x08) yjfflag=3; /* 設(shè)置

23、分 */else if(key=0x10) /* 單價(jià)對(duì)應(yīng)位加1 */ if(yjfflag=1) if(yuan=9)yuan=0;disp2=tablyuan;disp2&0;disp1=tablejiao;disp0=tablefen;dispfb( );else if(yjfflag=2)if(jiao=9)jiao=0;disp2=tableyuan&0;disp1=tabljiao;disp0=tablefen;dispfb( );else if(yjfflag=3);if(fen=9)fen=0;disp2=tableyuan&0;disp1=tabljiao; disp0=tablfen;dispfb( );else if(key=0x20) /* 單價(jià)對(duì)應(yīng)位減1 */ if(yjfflag=1) if(yuan0 ) yuan-; else if(yuan=0)yuan=9; disp2=tablyuan&0;disp1=tablejiao;disp0=tablfen;dispfb( );else if(yjfflag=2)if(jiao0)jiao-;else if(jiao=0)jiao=9;disp1=tabljiao;dispfb( );else if(yjfflag=