畢業(yè)設計基于單片機的電子秤設計

1、 畢業(yè)設計論文畢業(yè)設計論文 基于單片機的電子秤設計基于單片機的電子秤設計 系 別: 機電工程系 專業(yè)名稱: 自動化 學 號: 26100101072 學生姓名: 黃金榕 指導教師: 劉保軍 指導單位: 電子科技大學中山學院機電工程系 完成時間: 2010 年 5 月 8 日 電子科技大學中山學院教務處制發(fā) 基于單片機的電子秤設計基于單片機的電子秤設計 摘 要 電子秤是將檢測與轉換技術、計算機技術、信息處理、數字技術等技術綜合一體的 現(xiàn)代新型稱重儀器。它與我們日常生活緊密結合成為一種方便、快捷、稱量精確的工具， 廣泛應用于商業(yè)、工廠生廠、集貿市場、超市、大型商場、及零售業(yè)等公共場所的信息 顯示和

2、重量計算。 電子稱主要以單片機作為中心控制單元，通過稱重傳感器進行模數轉換單元，在配 以鍵盤、顯示電路及強大軟件來組成。電子稱不但計量準確、快速方便，更重要的自動 稱重、數字顯示，對人們生活的影響越來越大，廣受歡迎。 本系統(tǒng)針對電子稱的自動稱重、數據處理等進行了設計和制作。為了闡明用單片機 是如何對采樣數據進行處理，對數據的采集和轉換、計算問題進行了研究，討論了單片 機控制系統(tǒng)中關鍵的計算問題。本文在給出智能電子稱硬件設計的基礎上，詳細分析了 電子稱的軟件控制方法。單片機控制的電子稱結構簡單，成本低廉，深受人們的喜愛， 本文將對此進行詳細討論。 關鍵詞：電子稱；單片機；稱重傳感器 electr

3、noic scale design based on mcu abstract intelligent electronic scale is the detection and conversion technology, computer technology, information processing, digital technology, an integrated modern technology of new weighing equipment. it is closely integrated with our daily lives into a convenient

4、, fast, precision weighing instrument, widely used in commercial, plant health plant, country markets, supermarkets, shopping malls, and retail and other public places, information display and weight. intelligent electronics said the key to scm as the central control unit, through the weighing senso

5、r analog-digital conversion unit, in the accompanied keyboard, display circuit and powerful software to component. said not only accurate measurement of the electronic, fast and convenient, more importantly, automatic weighing, statistics show that by the majority of users. intelligent electronics s

6、aid that as easy to carry, easy to use, the impact on peoples lives more and more. this system is known for the electronic automatic weighing and data processing of research. to illustrate how to use the mcu is sampling data processing, data acquisition and conversion, computational problems studied

7、. discuss the key scm system calculation. this paper presented the hardware design of intelligent electronics that, based on detailed analysis of the electronic control, said the software. as the structure of microprocessor controlled electronics that simple, low cost and very popular, this will be

8、discussed in detail. keywords: electronic scale; mcu; load sensor 目錄 1 緒 論 .1 1.1 稱重技術和衡器的發(fā)展.1 1.2 電子秤的組成.2 1.2.1 電子秤的基本結構 .2 1.2.2 電子秤的工作原理 .2 1.2.3 電子秤的計量性能 .2 1.3 本設計思路 .3 2 系統(tǒng)方案論證與選型.5 2.1 控制器部分 .5 2.2 數據采集部分 .7 2.2.1 傳感器的選擇 .7 2.2.2 放大電路選擇 .8 3 硬件設計.10 3.1 總體規(guī)劃.10 3.2 主控制器電路.10 3.3 傳感器放大電路.11 3

9、.4 顯示電路.11 4 軟件設計 .14 4.1 系統(tǒng)應用程序組成.14 4.2 主程序流程圖.15 4.3 ad 采樣程序塊 .15 4.4 液晶顯示程序塊.16 4.5 稱重數據處理技術.21 5 總結與展望 .23 致 謝 .25 參考文獻 .26 附錄一 電路原理圖 .27 附錄二 系統(tǒng)實物圖 .28 1 1 緒緒 論論 1.1 稱重技術和衡器的發(fā)展 稱重技術自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應用于工農業(yè)、科研、 交通、內外貿易等各個領域，與人民的生活緊密相連。電子秤是電子衡器中的一種，衡 器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內外貿易不可缺少的計量 設備

10、，衡器產品技術水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經濟效益的 提高。 電子秤的發(fā)展過程與其它事物一樣，也經歷了由簡單到復雜，由粗糙到精密、由機 械到機電結合再到全電子化、由單一功能到多功能的過程。特別是近 30 年以來，工藝流 程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重、以及產品質量的監(jiān)測等工作，都離不開能輸出電信號 的電子衡器。這是由于電子衡器不僅能給出質量或重量信號，而且也能作為總系統(tǒng)中的 一個單元承擔著控制和檢驗功能，從而推進工業(yè)生產和貿易交往的自動化和合理化。 近年來，電子秤已愈來愈多地參與到數據處理和過程控制中。現(xiàn)代稱重技術和數據 系統(tǒng)已經成為工藝技術、儲運技術、預包裝技術、收貨業(yè)務及

11、商業(yè)銷售領域中不可缺少 的組成部分。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了其礎，國外 如美國、西歐等一些國家在 2 0 世紀 6 0 年代就出現(xiàn)了 0 .1%稱量準確度的電子秤，并在 7 0 年代中期約對 75%的機械秤進行了機電結合式的電子化改造。 稱重裝置不儀是提供重量數據的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng) 的一個組成部分，推進了工業(yè)生產的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、 改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產品質量以及加強企業(yè)管理、改善經營管 理等多方面的作用。稱重裝置的應用已遍及到圍民經濟各領域，取得了顯著的經濟效益。 因此，稱重技術的研究和

12、衡器工業(yè)的發(fā)展各國都非常重視。50 年代中期電子技術的 滲入推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。60 年代初期出現(xiàn)機電結合式電了衡器以來，經過 40 多年 的不斷改進與完善，我國電子衡器從最初的機電結合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數字智 能型?，F(xiàn)今電子衡器制造技術及應用得到了新發(fā)展。電子稱重技術從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱 重發(fā)展：計量方法從模擬測量向數字測量發(fā)展；測量特點從單參數測量向多參數測量發(fā) 展，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應用。通過分析近年來電子衡器產品的發(fā)展 情況及國內外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化； 其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向

13、是稱重計量的 控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應用性能趨向于綜合性和組合性。電 子秤是電了衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是圍計民生、國防建設、科學研 究、內外貿易不可缺少的計量設備，衡器產品技術水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的 現(xiàn)代化水平和社會經濟效益的提高。 1.2 電子秤的組成 1.2.1 電子秤的基本結構 電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質量（重量）的測量儀器，也可用來確定 與質量相關的其它量大小、參數、或特性。不管根據什么原理制成的電了秤均由以下三 部分組成： (1) 承重、傳力復位系統(tǒng) 它是被稱物體與轉換元件之間的機械、傳力復位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包

14、括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結構、吊掛連接部件和限位減振機構等。 (2) 稱重傳感器 即由非電量（質量或重量）轉換成電量的轉換元件，它是把支承力變換成電的或其 它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。 按照稱重傳感器的結構型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位 計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應變傳感器（電阻應變式、盧表面諧振式）或是利 用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應的傳感器。 對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應，并有良好的線性 關系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要小；能在較差的工作條件下工作； 有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。 (3) 測

15、量顯示和數據輸出的載荷測量裝置 即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放人器、模數轉換、電流源或電壓源、調 節(jié)器、補嘗元件、保護線路等）和指示部件（如顯示、打印、數據傳輸和存貯器件等） 。 這部分習慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數字式的測量電路中，通常包括前置放大、 濾濾、運算、變換、計數、寄存、控制和驅動顯示等環(huán)節(jié)。 1.2.2 電子秤的工作原理 當被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器 隨之產生力一電效應，將物體的重量轉換成與被稱物體重量成一定函數關系（一般成正 比關系）的電信號（電壓或電流等） 。此信號由放大電路進行放大、經濾波后再由模數( a/d)器進行

16、轉換，數字信號再送到微處器的 cpu 處理，cpu 不斷掃描鍵盤和各功能開關， 根據鍵盤輸入內容和各種功能開關的狀態(tài)進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制 各種運算。運算結果送到內存貯器，需要顯示時，cpu 發(fā)出指令，從內存貯器中讀出送 到顯示器顯示，或送打印機打印。一般地信號的放大、濾波、a/d 轉換以及信號各種運算 處理都在儀表中完成。 1.2.3 電子秤的計量性能 電子秤的計量性能涉及的主要技術指標有：量程、分度值、分度數、準確度等級等。 (1) 量程：電子衡器的最大稱量 max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大 值。 (2) 分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為

17、分度值。用 e 或 d 來表 示。 (3) 分度數：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數即為分度數用 n 表示。 電子衡器的最大稱量 max 可以用總分度數 n 與分度值 d 的乘積來表示，即 max=nd (4) 準確度等級 國際法制計量組織把電子秤按不同的分度數分成 t、ii、iii、四類等級，分別對應 不同準確度的電子秤和分度數 n 的范圍，如表 1 所示： 表 1 不同準確度的電子秤和分度數 1.3 本設計思路 目前，臺式電子秤在商業(yè)貿易中的使用已相當普遍，但存在較大的局限性：體積大、 成本高、攜帶不便、應用場所受到制約。現(xiàn)有的便攜秤為桿秤或以彈簧、拉伸變形來實 現(xiàn)計量的彈簧秤，居民用

18、戶使用的基本是桿秤。彈簧盤秤制造工藝要求較高，彈簧的疲 勞問題無法徹底解決，一旦超過彈簧彈性限度，彈簧秤就會產生很大誤差，以至損壞， 影響到稱重的準確性和可靠性，只是一種暫時的代用品，也被列入逐漸取消的行列。 微控制器技術、傳感器技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，電子產品的更新速度達 到了日新月異的地步。本系統(tǒng)在設計過程中，除了能實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外，還增加了 打印和通訊功能，可以實現(xiàn)和其他機器或設備（包括上位 pc 機和數據存儲設備）交換數 據，除此之外，系統(tǒng)的微控制器部分選擇了兼容性比較好的 51 系列單片機，在系統(tǒng)更新 換代的時候，只需要增加很少的硬件電路，甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠

19、實現(xiàn)。 另外由于實際應用當中，稱可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，為此還設 計了過載提示。 綜上所述，本設計的主要思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產生的電壓信號， 標志及等級電子秤分類分度數范圍 特種準確度基準衡器 n 100000 高準確度精密衡器 10000 n100000 中準確度商業(yè)衡器 1000 n10000 普通準確度粗衡器 100n1000 經過電壓放大電路放大，然后再經過模數轉換器轉換為數字信號，最后把數字信號送入 單片機。單片機經過相應的處理后，得出當前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來。 主要技術指標為：稱量范圍 0600g，分度值 1kg，精度等級 iii

20、級，電源 ac220v。 這種高精度智能電子秤體積小、計量準確、攜帶方便，能夠滿足商業(yè)貿易和居民家庭 的使用需求。 2 2 系統(tǒng)方案論證與選型系統(tǒng)方案論證與選型 按照本設計功能的要求，系統(tǒng)由 5 個部分組成：控制器部分、測量部分、數據顯示部 分、鍵盤部分、和電路電源部分，系統(tǒng)設計總體方案框圖如圖 1 所示。 圖 1 設計思路框圖 測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設計為電壓信號） ， 而后經處理電路（如濾波電路，差動放大電路， ）處理后，送單片機中的 a/d 轉換器，將 模擬量轉化為數字量輸出，控制器接受來自 a/d 轉換器輸出的數字信號，經過復雜的運 算，將數寧信號轉

21、換為物體的實際重量信號，并將其送到顯示單元中。 2.1 控制器部分 本設計由于要求必須使用單片機作為系統(tǒng)的主控制器，而且以單片機為主控制器的 設計，可以容易地將計算機技術和測量控制技術結合在一起，組成新型的只需要改變軟 件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)” 。這種新型的智能儀表在測量過程自動 化、測量結果的數據處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進展。再則由于系統(tǒng) 沒有其它高標準的要求，又考慮到本設計中程序部分比較大，根據總體方案設計的分析， 設計這樣一個簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶 a/d 轉換器的單片機，由于應用程序不大，應 用程序直接存儲存片內，不用在外部擴展存儲器，這樣電路也可

22、簡化。stc 公司的 12 系 列的單片機都可使用，在這里選用 stc 生產的 stc12c5a60s2 單片機。stc12c5a60s2 與 mcs-51 相比有如下優(yōu)勢： 第一， 指令集與 mcs-51 系列單片機完全兼容 第二， 片內存儲器采用閃速存儲器，并且支持 spi-isp 在線編程，使程序寫入更加 方便，提高了調試效率，縮短了開發(fā)周期； 第三， 提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路體積更小。此外價格低廉、性能比 較穩(wěn)定的 mpu，具有 64k8rom、1ram、2 個 16 位定時計數器、5 個 8 位 i/o 接口。這些配 置能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求。 第四， 單指

23、令周期，運行速度高。 第五， 自帶上電復位電路，可減低單片機外圍電路的復雜程度。 第六， 內置 8 路 10 位高速 a/d 轉換，轉換速度 25 萬次/秒。 經過放大電路的信號是模擬信號即模擬量，需要把它變成數字量才能送入單片機控 制系統(tǒng)受理，所以需要有 a/d 轉換電路?？紤]到其他部分所帶來的干擾 ,8 位 a/d 無法 滿足系統(tǒng)精度要求。作為一般小商品稱重需求，我們只需要選擇 10 位的 a/d 轉換器就可 以了。 最后我選擇了 stc12c5a60s2 這個比較常用的單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。 stc12c5a60s2 內部帶有 60kb 的程序存儲器，并且?guī)в?8 路 10 位精度

24、的 a/d 轉換器，基 本上已經能夠滿足我們的需要。stc12c5a60s2 單片機的引腳圖如圖 2 所示。 圖 2 stc12c5a60s2 單片機的引腳圖 2.2 數據采集部分 電子秤的數據采集部分主要包括稱重傳感器、處理電路電路，因此對于這部分的論 證主要分兩方面。 2.2.1 傳感器的選擇 在設計中，傳感器是一個十分重要的元件，因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要， 不僅要注意其量程和參數，還有考慮到與其相配置的各種電路的設計的難以程度和設計 性價比等等。 傳感器量程的選擇可依據秤的最大稱量值、選用傳感器的個數、秤體的自重、可能 產生的最人偏載及動載等因素綜合評價來確定。一般來說，傳感器

25、的量程越接近分配到 每個傳感器的載荷，其稱量的準確度就越高。但在實際使用時，由于加在傳感器上的載 荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動沖擊等載荷，因此選用傳感器量 程時，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計算公式是在 充分考慮到影響秤體的各個因素后，經過大量的實驗而確定的。本設計要求稱重范圍 0- 600g，重量誤差不大于 0.1kg。 為保證電子秤稱量結果的準確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點。傳感器 的量程應根據皮帶秤的最大流量來選擇。在實際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在 20%80%之間線性好，精度高。重量誤差應控制存0.oikg，又考慮到秤

26、臺自重、振 動和沖擊分量，還要避免超重損壞傳感器，根據設計需要，確定傳感器的額定載荷為 1kg，允許過載為 150%f.s，精度為 0.05%，最大量程時誤差0.1kg，可以滿足本系統(tǒng)的 精度要求。 綜合考慮，本設計采用 sp20c-g501 電阻應變式傳感器，其最人量程為 1kg.稱重傳感 器由組合式 s 型梁結構及金屬箔式應變計構成，具有過載保護裝置。由于惠斯登電橋具 諸如抑制溫度變化的影響，抑制干擾，補償方便等優(yōu)點，所以該傳感器測量精度高、溫 度特性好、工作穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛用于各種結構的動、靜態(tài)測量及各種電子稈的一次儀 表。該稱重傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，其工作原理如圖

27、 3 所示。 rdra rcrb res bridge ein eout 圖 3 稱重傳感器原理圖 本設計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應變傳感器半橋式測 量電路。它的兩只應變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導致彈性梁應 變而產生的變化。其測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。當彈性體受力 變形時，應變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化，通過轉換電路轉換為電 壓或電流的變化。由于內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，輸出 信號電壓可由下式給出： 上式說明電橋的輸出電壓 v 和四個橋臂的應變片感受的應變量的代數和成正比。 2.2.2 放

28、大電路選擇 稱重傳感器輸出電壓振幅范圍 020mv。而 a/d 轉換的輸入電壓要求為 02v，因 此放大環(huán)節(jié)要有 100 倍左右的增益。對放大環(huán)節(jié)的要求是增益可調的（70150 倍） ，根 據本設計的實際情況增益設為 100 倍即可，零點和增益的溫度漂移和時間漂移極小。按 照輸入電壓 20mv，分辨率 20000 碼的情況，漂移要小于 1 舊。由于其具有極低的失調電 壓的溫漂和時漂（li.lv） ，從而保證了放大環(huán)節(jié)對零點漂移的要求。殘余的一點漂移依 靠軟件的自動零點跟蹤來徹底解決。穩(wěn)定的增益量可以保證其負反饋回路的穩(wěn)定性，并 且最好選用高阻值的電阻和多圈電位器。 由稱重傳感器的稱量原理可知，

29、電阻應變片組成的傳感器是把機械應變轉換成 r/r，而應變電阻的變化一般都很微小，例如傳感器的應變片電阻值 120，靈敏系數 k=2，彈性體存額定載荷作用下產生的應變?yōu)?l000，應變電阻相對變化量為： r/r=k=2100010-6 =0. 002 由上式可以看出電阻變化只有 0.24，其電阻變化率只有 0.2%。這樣小的電阻變化 既難以直接精確測量，又不便直接處理。因此，必須采用轉換電路，把應變計的r/r 變 化轉換成電壓或電流變化，但是這個電壓或電流信號很小，需要增加增益放大電路來把 這個電壓或電流信號轉換成可以被 a/d 轉換器接收的信號。在前級處理電路部分，我們 考慮可以采用以下幾種方

30、案： 方案一：利用普通低溫漂運算放大器構成前級處理電路； 普通低溫漂運算放大器構成多級放大器會引入大量噪聲。由于 a/d 轉換器需要很高 的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。所以，此種方案不宜采 用。 方案二：主要由高精度低漂移運算放大器構成差動放大器，而構成的前級處理電路； 差動放人器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如 op07)做成一個差動 放大器。 一般說來，集成化儀用放大器具有很高的共模抑制比和輸入阻抗，因而在傳統(tǒng)的電 路設計中都是把集成化儀器放人器作為前置放人器。然而，絕人多數的集成化儀器放大 器，特別是集成化儀器放大器，它們的共模抑制比與增益相關

31、：增益越高，共模抑制比 越大。而集成化儀器放大器作為心電前置放大器時，由于極化電壓的存在，前置放大器 的增益只能在幾十倍以內，這就使得集成化儀器放大器作為前置放大器時的共模抑制比 不可能很高。有同學試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網絡）來避免極化 電壓使高增益的前置放大器進入飽和狀態(tài)，但由于信號源的內阻高，且兩輸入端不平衡， 隔直電容（高通網絡）使等共模干擾轉變?yōu)椴钅８蓴_，結果適得其反，嚴重地損害了放 人器的性能。 為了實現(xiàn)信號的放人，其設計電路如圖 4 所示： 圖 4 利用高精度低漂移運放設計的差動放大器 1 前級采用運放 al 和 a2 組成并聯(lián)型差動放大器。理論上不難證明，存運

32、算放大 器為理想的情況下，并聯(lián)型差動放人器的輸入阻抗為無窮人，共模抑制比也為無窮人。 更值得一提的是，在理論上并聯(lián)型差動放人器的共模抑制比與電路的外圍電阻的精度和 阻值無關。 2 阻容耦合電路放存由并聯(lián)型差動放大器構成的前級放大器和由儀器放大器構成 的后級放大器之間，這樣可為后級儀器放大器提高增益，進而提高電路的共模抑制比提 供了條件。同時，南于前置放大器的輸出阻抗很低，同時又采用共模驅動技術，避免了 阻容耦合電路中的阻、容元件參數不對稱（匹配）導致的共模干擾轉換成差模干擾的情 況發(fā)生。 3 后級電路采用廉價的儀器放大器，將雙端信號轉換為單端信號輸出。由于阻容 耦合電路的隔直作用，后級的儀器放

33、大器可以做到很高的增益，進而得到很高的共模抑 制比。 3 3 硬件設計硬件設計 3.1 總體規(guī)劃 該系統(tǒng)采用應變片式傳感器進行測量，得出模擬信號；再進行放大，然后送入單片機 進行模數轉換處理和數據處理。由傳感器模塊、主機接口模塊、按鍵與顯示模塊組成。 3.2 主控制器電路 主控制器是 stc12c5a60s2 單片機，其外圍電路簡單，只需要加上晶振電路和電源就 可以工作。主控制器電路如圖 5 所示。 圖 5 主控制系統(tǒng) 3.3 傳感器放大電路 傳感器放大電路由兩級組成，前級由兩個同相比例運算電路組成，后級是一個差動 比例運算電路。傳感器信號首先進過前級進行初步放大，接著進入后級。由于前級的對

34、稱性直接影響后級的共模抑制比，考慮到元件阻值的誤差，r2,r4 選用多圈精密可調電阻。 為了提高后級對共模信號的抑制，反饋電阻 r3 也采用精密多圈可調電阻。傳感器放大電 路如圖 6 所示。 圖 6 傳感器放大電路 3.4 顯示電路 1602 液晶模塊的引腳連線如圖 7。其中，第 1、2 腳為液晶的驅動電源；第三腳 vl 為液晶的對比度調節(jié)，通過在 vcc 和 gnd 之間接一個 10k 多圈可調電阻，中間抽頭接 vl，可實現(xiàn)液晶對比度的調節(jié)；液晶的控制線 rs、r/w、e 分別接單片機的 p0.5、p0.6、p0.7；數據口接在單片機的 p2 口；bl+、bl-為液晶背光電源。 圖 7 16

35、02 液晶模塊的接線圖 1602 液晶模塊的初始化過程： 延遲 15ms 寫指令 38h（不檢測忙信號） 延遲 5ms 寫指令 38h（不檢測忙信號） 延遲 5ms 寫指令 38h（不檢測忙信號） （以后每次寫指令、讀/寫數據操作之前均需檢測忙信號） 寫指令 38h：顯示模式設置 寫指令 08h：顯示關閉 寫指令 01h：顯示清屏 寫指令 06h：顯示光標移動設置 寫指令 0ch：顯示開及光標設置 1602 液晶模塊的讀操作時序如圖 8 所示。 圖 8 1602 液晶模塊的讀操作時序 1602 液晶模塊的寫操作時序如圖 9 所示。 圖 9 1602 液晶模塊的寫操作時序 4 4 軟件設計軟件設

36、計 4.1 系統(tǒng)應用程序組成 本設計采用 c 語言編程，編譯環(huán)境為 keil uv3。 keil c51 是美國keil software 公司出品的51 系列兼容單片機c 語言軟件開發(fā)系 統(tǒng)，和匯編相比，c 在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學 易用。 keil c51 軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全windows 界面。 另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到keil c51 生成的目標 代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更 能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 keil c51 可以完成編輯、編譯、

37、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 ide 本身或其它編輯器編輯c 或匯編源文件，然后分別有c51 及a51 編輯器編譯連接生 成單片機可執(zhí)行的二進制文件（.hex），然后通過單片機的燒寫軟件將hex 文件燒入單 片機內。 軟件主要三個方面：一是初始化系統(tǒng)；二是按鍵檢測；三是數據采集、數據處理并 進行顯示。這三個方面的操作分別在主程序中來進行。程序采用模塊化的結構，這樣程 序結構清楚，易編程和易讀性好，也便于調試和修改。程序結構如圖10所示。 圖 10 程序結構 4.2 主程序流程圖 系統(tǒng)程序固化在stc12c5a60s2內部的flash存儲器中，分為主程序和若干子程序。主 程序的功

38、能是系統(tǒng)初始化，管理和調用各個子程序。本設計的程序流程圖如圖11所示。 圖 11 程序流程圖 4.3 ad 采樣程序塊 本文設計的 stc12c5a60s2 片內 ad 程序如下： #include config.h /- / speed1 speed0 a/d 轉換所需時間 #define ad_speed 0 x60 / 0110,0000 1 1 90 個時鐘周期轉換一次, / cpu 工作頻率 21mhz 時 a/d 轉換速度約 300khz /#define ad_speed 0 x40 /0100,0000 1 0 140 個時鐘周期轉換一次 /#define ad_speed 0

39、 x20 /0010,0000 0 1 280 個時鐘周期轉換一次 /#define ad_speed 0 x00 /0000,0000 0 0 420 個時鐘周期轉換一次 /- unsigned int get_ad_result(unsigned char channel) unsigned char ad_finished=0; /存儲 a/d 轉換標志 adc_res = 0; /a/d 轉換結果高 8 位 adc_resl = 0; /a/d 轉換結果低 2 位 channel /0000,0111 清 0 高 5 位 adc_contr = ad_speed; _nop_(); a

40、dc_contr|=0 xe0; /1110,0000 清 adc_flag，adc_start 位和低三位 adc_contr |= channel; /選擇 a/d 當前通道 _nop_(); adc_contr |= 0 x80; /啟動 a/d 電源 delay(1); /使輸入電壓達到穩(wěn)定 adc_contr |= 0 x08; /0000,1000 令 adcs = 1, 啟動 a/d 轉換 ad_finished = 0; while (ad_finished = 0 ) /等待 a/d 轉換結束 ad_finished = (adc_contr /0001,0000 測試 a/

41、d 轉換結束否 adc_contr /1111,0111 清 adc_flag 位, 關閉 a/d 轉換 return (adc_res2|adc_resl);/返回轉換后的結果 4.4 液晶顯示程序塊 本文設計的 1602 液晶操作程序如下： /* 函 數 名：writedatalcd() 功 能：向 1602 寫數據 說 明： 入口參數：wdlcd 返 回 值：無 */ void writedatalcd(unsigned char wdlcd) readstatuslcd(); /檢測忙 lcd_data = wdlcd; lcd_rs = 1; lcd_rw = 0; lcd_e =

42、0; /若晶振速度太高可以在這后加小的延時 lcd_e = 0; lcd_e = 0; /延時 lcd_e = 1; /* 函 數 名：writecommandlcd() 功 能：向 1602 寫指令 說 明： 入口參數：wdlcd，buysc 返 回 值：無 */ void writecommandlcd(unsigned char wclcd,buysc) /buysc 為 0 時忽略忙檢測 if (buysc) readstatuslcd(); /根據需要檢測忙 lcd_data = wclcd; lcd_rs = 0; lcd_rw = 0; lcd_e = 0; lcd_e = 0;

43、 lcd_e = 0; lcd_e = 1; /* 函 數 名：readdatalcd() 功 能：從 1602 讀數據 說 明： 入口參數：無 返 回 值：lcd_data */ unsigned char readdatalcd(void) lcd_rs = 1; lcd_rw = 1; lcd_e = 0; lcd_e = 0; lcd_e = 0; lcd_e = 1; return(lcd_data); /* 函 數 名：readstatuslcd() 功 能：讀取 1602 狀態(tài) 說 明：如果為忙，則一直等到非忙為止 入口參數：無 返 回 值：lcd_data */ unsigne

44、d char readstatuslcd(void) lcd_data = 0 xff; lcd_rs = 0; lcd_rw = 1; lcd_e = 0; lcd_e = 0; lcd_e = 0; lcd_e = 1; delay_18b20(200); / delay5ms(); /檢測忙信號 proteus 仿真時，延遲 5ms，關閉 while 循 環(huán) while (lcd_data /* 函 數 名：lcdinit() 功 能：1602 初始化 說 明： 入口參數：無 返 回 值：無 */ void lcdinit(void) lcd_data = 0; writecommand

45、lcd(0 x38,0); /三次顯示模式設置，不檢測忙信號 delay5ms(); writecommandlcd(0 x38,0); delay5ms(); writecommandlcd(0 x38,0); delay5ms(); writecommandlcd(0 x38,1); /顯示模式設置,開始要求每次檢測忙信號 writecommandlcd(0 x08,1); /關閉顯示 writecommandlcd(0 x01,1); /顯示清屏 writecommandlcd(0 x06,1); / 顯示光標移動設置 writecommandlcd(0 x0c,1); / 顯示開及光標

46、設置 /* 函 數 名：displayonechar() 功 能：按指定位置在 1602 顯示一個字符 說 明：x 為列，y 為行，ddata 為字符 入口參數：x，y，ddata 返 回 值：無 */ /按指定位置顯示一個字符 void displayonechar(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char ddata) y x /限制 x 不能大于 15，y 不能大于 1 if (y) x |= 0 x40; /當要顯示第二行時地址碼+0 x40; x |= 0 x80; /算出指令碼 writecommandlcd(x, 0); /這

47、里不檢測忙信號，發(fā)送地址碼 writedatalcd(ddata); /* 函 數 名：displaylistchar() 功 能：按指定位置在 1602 顯示一串字符 說 明：x 為列，y 為行，*ddata 為字符串 入口參數：x，y，ddata 返 回 值：無 */ void displaylistchar(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char code *ddata) unsigned char listlength; listlength = 0; y x /限制 x 不能大于 15，y 不能大于 1 while (ddata

48、listlength!=0) /若到達字串尾則退出 if (x = 0 xf) /x 坐標應小于 0 xf displayonechar(x, y, ddatalistlength); /顯示單個字符 listlength+; x+; /* 函 數 名：delay5ms() 功 能：5ms 延時 說 明： 入口參數：無 返 回 值：無 */ void delay5ms(void) unsigned int tempcyc = 5552; while(tempcyc-); /* 函 數 名：delay400ms() 功 能：400ms 延時 說 明： 入口參數：無 返 回 值：無 */ void

49、 delay400ms(void) unsigned char tempcyca = 5; unsigned int tempcycb; while(tempcyca-) tempcycb=7269; while(tempcycb-); 4.5 稱重數據處理技術 測量精度和可靠性是電子秤設計的關鍵，引入軟件數據處理技術，可以克服或彌補 包括傳感器在內的各測量環(huán)節(jié)硬件本身的缺陷或弱點，使原來靠硬件電路難以實現(xiàn)的信 號處理可以得到解決，提高電子秤的綜合性能。在電子稱重系統(tǒng)中，主要的數據處理技 術有：無效物理量的消除、零漂處理、標度變換技術、非線性補償技術、數字濾波技術 等。 (1)無效物理量的消除

50、 在稱重系統(tǒng)中，稱重傳感器輸出的信號是秤臺、支架和被測物之和的轉換信號，實際 所要測的是被測物的重量，因此，秤臺、支架等是無效的物理量，在信號處理過程中要 用軟件方法來消除。 (2)零漂處理 零位穩(wěn)定是影響電子秤精度非常重要的因素，因受溫度或其它因素影響將引起零位不 穩(wěn)定，這種現(xiàn)象稱為零漂。由于零漂的影響，零輸入信號時，輸出可能不為零，為消除 這個零位漂移值，采用零位補償技術，零位補償就是把這個零位漂移值儲存起來，每一 數據采集時減去這個數值，得到的數值就是消除零漂的有效信號。 (3)標度變換 在實際測量中，被測模擬信號被檢測出來并轉換成數字量后，需要轉換成操作人員所 熟悉的工程量。因為，被測

51、對象經傳感器、a/d 轉換后得到的數字量是一系列的數碼，這 些數碼值并不等于原來帶有量綱的參數值，它僅僅對應于參數的大小，因此，必須把它 轉換成帶有量綱的數值后才能顯示或打印輸出，這種轉換就是工程量變換，又稱標度變 換。 (4)非線性補償 在檢測中，由于檢測傳感器的輸入輸出特性往往只在一定范圍內近似呈線性，而在某 些范圍內則明顯呈非線性，同時，傳感器具有離散性，還可能有溫漂、滯后等。在信號 處理過程中也常用軟件處理方法來補償和校正以上誤差。常用的非線性補償處理的方法 有三種：分段線性插值法、曲線擬合法、查表法。對于不太彎曲的輸入輸出曲線，可采 用線性插值法，對于很彎曲的輸入輸出曲線，可采用二次

52、拋物線插值法，對于不規(guī)則的 輸入輸出曲線，可采用分段曲線擬合法。對于用應變稱重傳感器的稱重系統(tǒng)來說，由于 其非線性度不是很大，所以常采用分段線性插值法。 (5)數字濾波技術 實際測量中，由于被測對象的環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，各種電子秤在稱量過程 中，來自傳感器的有用信號往往混雜有各種頻率的干擾信號。為了抑制某些干擾信號， 通常在稱重儀表的信號入口處采用 rc 低通濾波器，該種濾波器能抵制高頻干擾信號，但 對低頻干擾信號的濾波效果差，而數字濾波卻可以對極低頻率的干擾信號迸行濾波。數 字濾波就是在軟件設計時采用一定的計算方法對輸入的信號進行數學處理，減少干擾信 號在有用信號中的比重，提高信號的

53、真實性，它不需要增加硬件，只需根據預定的濾波 算法編制相應的程序，即可達到信號濾波的目的。數字濾波可以對各種干擾信號進行濾 波，其穩(wěn)定性高，濾波參數修改方便，一種濾波程序可供多個通道共用。在稱重系統(tǒng)中 常用的數濾波技術有：程序判斷濾波法、平滑濾波法、中位值濾波法等。實際應用中可 根據情況選擇其中一種或幾種濾波方法的組合，對采集信號實現(xiàn)數字濾波。 本設計對五種數據處理技術進行了結合運用。 5 5 總結與展望總結與展望 智能電子秤以具有良好的可靠性、準確性、技術先進性和結構簡單等特點，受到廣 大用戶的青睞。在商業(yè)活動中用途越來越廣，給人們的經濟生活帶來了便利。 本文采用 stc12c5a60s2

54、單片機計的電子計重秤, 無論是計量精度, 還是穩(wěn)定性都滿 足國家對 a 級電子秤的要求, 它具有較好的標定校準方法, 性能穩(wěn)定, 操作簡單, 價格 低廉。該電子秤集傳感器技術、微計算機技術、數字顯示技術于一體、其反應靈敏、準 確度高、顯示直觀，便于使用。通過硬件的少量擴展和軟件的修改, 能設計出性能優(yōu)越 的計價秤、電子臺秤等, 滿足各行各業(yè)對現(xiàn)代電子衡器的需求。另外稍加擴展，該電子 秤還可與其它生產質量管理系統(tǒng)項連接，具有推廣應用價值。 電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展, 而且更需向多種功能的方向發(fā)展。據悉, 目前電子秤的附加功能主要有以下幾種: （1） 電子秤附加了處理機構計算機信息補償

55、裝置, 可以進行自診斷、自校正和多種補 償計算和處理。 （2）具有皮重、凈重顯示等特種功能。電子秤有些已具備了動物稱量模式, 即通過進行 算術平均、積分處理和自動調零等方法, 消除上述的誤差。 （3）附加特殊的數據處理功能。目前的電子秤有附加多種計算和數據處理功能, 以滿足 多種使用的要求。 下面就電子秤軟件組成部分展望一下它的發(fā)展： （1） 智能化：本系統(tǒng)中雖然利用單片軟件實現(xiàn)一些簡單的功能，我們可以將其與電子計 算機組合，開發(fā)稱重用計算機，利用計算機功能使電子秤具有推理、判斷、自診斷、自 適應、自組織等功能。 （2） 綜合性：本系統(tǒng)中雖然利用軟件實現(xiàn)稱重顯示，但遠遠不夠，電子稱重技術發(fā)展規(guī)

56、 律就是不斷的加強基礎擴大應用，擴展新技術領域，向相鄰學科和行業(yè)滲透，綜合各種 技術去解決稱重計量、自動控制、信息處理，與計算機網絡組合可以顯示很多商業(yè)信息， 構成一個完整的綜合控制系統(tǒng)。 （3） 組合性：未來稱重系統(tǒng)會大量應用在工業(yè)計量過程和工藝流程中，其要求組合性， 即測量范圍可以任意設定；硬件能夠依據一定的工作條件和環(huán)境作某些調整；軟件能按 一定的程序進行修改和擴展；輸入輸出數據與指令可以使用不同的語言和條形碼，并能 與外部的控制和數據處理設備進行通信。 在整個畢業(yè)設計過程中，我對大學四年所學的知識有了一個系統(tǒng)的認識和理解，尤 其是對本課題所用到的單片機及其相關知識有了進一步的掌握，對利

57、用單片機進行控制 系統(tǒng)的設計與開發(fā)又及對系統(tǒng)的分析和問題的解決有了切身的認識和體會，正所謂學以 致用，在此實踐過程中增長了知識、豐富了經驗，提高了解決問題的能力。系統(tǒng)的分析 與設計過程是對學習的總結過程，更是進一步學習和探索的過程?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設計 是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行與調 試的過程來進行。系統(tǒng)的分析和設計是項很辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程， 在設計過程中，要邊學習，邊實踐，遇到新問題就不斷探索和努力即可使問題得到解決。 理論和實際必須緊密結合，在設計中要針對不同的系統(tǒng)根據理論給與不同的方案， 綜合考慮各方面的因素和需要，選擇出最

58、佳的方案與結論。要大量廣泛的收集資料，然 后認真地研究其思路，和指導老師保持聯(lián)系，和同學共同研究遇到的問題，堅持笑到最 后。 致致 謝謝 本課題在選題及研究過程中得到劉保軍老師的悉心指導。劉老師多次詢問研究進程， 并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。劉老師一絲不茍的作風， 嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不儀授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻給 以終生受益無窮之道。對劉老師的感激之情是無法用言語表達的。 通過這次畢業(yè)設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系 統(tǒng)的鍛煉。使我在傳感器的基本原理、傳感器的實際應用，以及在常用傳感器設計思路 技巧的掌握方面都

59、能向前邁了一人步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。 我在劉老師的精心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力， 并對當前電了領域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，這對我今后進一步學習傳感 器方面的知識有極人的幫助。在此，我衷心感謝劉保軍老師的指導和支持。在未來的工 作和學習中，我將以更好的成績來回報老師。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過人學生生活的機電工程系全體老師和同學門， 正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有 多少可敬的師長、同學、朋友給了我

60、無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！最后我 還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！ 參考文獻參考文獻 1 宋文續(xù)，揚帆.傳感器與檢測技術.北京：高等教育出版社，2005.4 2 常健生.檢測與轉換技術.北京：機械工業(yè)出版社，2004.6 3 凌志浩.智能儀表原理與設計技術.上海：華東理工大學出版社，2003.8 4 于永權.89 系列（mcs-51 兼容）flash 單片機原理及應用.北京：電子工業(yè)出版社，1997 5 李朝清.單片機原理及接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，1996.8 6 丁元杰.單片微機原理及應用.北京：機械工業(yè)出版社，1999.8 7 周航慈.單片機應用程序