多功能電子秤設計畢業(yè)設計

1、重慶理工大學畢業(yè)論文 摘要摘要1233隨著時代科技的迅猛發(fā)展，常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，人們生活水品也更進一步的有所提高。智能化的電子產(chǎn)品自然也得到了越來越多人的喜愛，而多功能電子秤具有結構體積小、測量的精度較高、擁有廣泛的應用范圍、機械操作起來簡便易懂等優(yōu)點，基本取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式稱量器具。本設計介紹了該系統(tǒng)實現(xiàn)方法，通過lcd顯示器顯示所測重量以及當前選擇的功能。該課題的設計主要由stc89c52單片機、重量測量模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808、單片機的外圍接口電路：4*4矩陣掃描按鍵以及l(fā)cd1602液晶屏幕顯示五部分組成。本系統(tǒng)比傳統(tǒng)測量更

2、具有準確性和直觀性，具有一定的實際推廣性。關鍵字：壓力傳感器；stc89c52單片機；adc0808；lcd160231 目錄第一章 緒論1.1課題目地與意義1.2國內(nèi)外多功能電子秤的發(fā)展與現(xiàn)狀1.3主要工作及設計思路第二章 硬件設計2.1工作原理2.2系統(tǒng)總體設計方案2.3控制器部分2.4數(shù)據(jù)采集部分2.5鍵盤處理部分2.6顯示電路部分2.7報警部分第三章 具體電路設計3.1at89c52的最小系統(tǒng)電路3.2數(shù)據(jù)采集部分電路設計3.3顯示電路與at89c52單片機接口電路設計3.4鍵盤電路與at89c52單片機接口電路設計3.5報警電路的設計第四章 軟件設計4.1主程序設計4.2子程序設計

3、4.21a/d轉(zhuǎn)換設計及數(shù)據(jù)讀取程序設計 4.22顯示子程序設計 4.23鍵盤輸入控制程序的設計 4.24報警子程序的設計第五章 仿真調(diào)試51軟件試用52仿真調(diào)試第六章 總結1緒論1.1課題目的及意義多功能電子秤屬于我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫臏y量系統(tǒng)，廣泛的在各中小型超市、大中型商場、物流配送中心等地方應用。由于它具有結構體積小、測量的精度較高、擁有廣泛的應用范圍、機械操作起來簡便易懂等優(yōu)點。本次所設計的基于8051的多功能電子秤具有stc89c52單片機、重量測量模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808、單片機的外圍接口電路：4*4矩陣掃描按鍵以及l(fā)cd1602液晶屏幕顯示五部分組成。為了滿足重量測量系

4、統(tǒng)測量范圍30kg，測量精度能夠在0.001kg以下，選擇使用了電阻應變式壓力傳感器，并且應用了a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0808。重量測量系統(tǒng)通過4*4掃描鍵盤選擇功能，再運用lcd1602液晶屏幕顯示測量結果，比傳統(tǒng)測量更具有準確性和直觀性。多功能電子秤屬于電子衡器中的一種，是國際之間貿(mào)易，國防科技建設，科學研究當中不可缺少的重要計量設備，所用設備產(chǎn)品的水平的高低，將直接影響著各行各業(yè)的發(fā)展水平與社會整體經(jīng)濟效益的提高。電子秤具有重量較輕，體積較小，結構簡單，維護起來方便等特點，重量信號可以通過遠程數(shù)據(jù)傳輸，易于實現(xiàn)稱重顯示的數(shù)字化，達到生產(chǎn)過程中的自動化流程的目的。目前市場上使用的稱量工具，很

5、多都屬于結構復雜，或者運行不可靠，并且制造成本高，而且整體水平不高 ，還存在部分小型企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量差且技術環(huán)節(jié)薄弱，設備不齊全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對性的開發(fā)出一套有實用價值的多功能電子秤，從技術上克服上述諸多缺點，改善重量測量系統(tǒng)在應用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外多功能電子秤的發(fā)展及現(xiàn)狀電子秤是人們在生活和生產(chǎn)中的重要計量工具之一，無論是在工農(nóng)業(yè)還是在制造業(yè)以及食品行業(yè)等都能見到它的身影，它成功解決了物體間量的差距問題，也大大的提高了企業(yè)在生產(chǎn)中實現(xiàn)的經(jīng)濟效益，加快了生產(chǎn)力度和生產(chǎn)進度，保證了生產(chǎn)質(zhì)量。我國的衡器產(chǎn)業(yè)隨著歷史的發(fā)展，經(jīng)過了漫長的發(fā)展歷

6、程，但是長期以來都是以機械衡器為主，直至二十世紀八十年代，由于電子衡器的逐步擴大應用才開始踏上研究開發(fā)之路。進入新世紀后，我國的衡器產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入了快速發(fā)展通道，衡器產(chǎn)品亦開始發(fā)生質(zhì)的變化，并逐步向高產(chǎn)量發(fā)展，無論是在產(chǎn)品結構還是在制造水平方面，都實現(xiàn)了飛躍的發(fā)展，慢慢演變成小型化、模塊化、集成化和智能化發(fā)展，其技術日趨成熟，趨向于高效率、高精確度、高穩(wěn)定性以及高可靠性，適用于各行各業(yè)，綜合性高。但就總體而言，我國電子秤產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達國家相比還有較大差距，其主要差距是技術與工藝不夠先進、工藝裝備與測試儀表老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等。1.3課

7、題要求及內(nèi)容安排本文主要介紹了一種基于8051的多功能電子秤的設計過程，給出了各個模塊的詳細設計思路、電路圖以及程序代碼。在文章的原理與總體方案中將介紹到設計的原理和思路。在硬件設計章節(jié)中，則將較為詳細地介紹系統(tǒng)硬件各個模塊功能的說明和使用。文中介紹了重量測量模塊原理及其應用,選用stc89s52型單片機作為主控制器件，對電阻應變式壓力傳感器進行信號讀取，通過a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808直接讀取被測重量值進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，便于單片機處理及控制，然后通過4*4掃描按鍵進行功能選擇，再在lcd1602液晶顯示屏上實現(xiàn)功能狀態(tài)和數(shù)據(jù)的顯示。另外本文還包括對keil軟件進行了介紹，包括創(chuàng)建工程，程序調(diào)試與

8、下載等，以及具體程序各模塊介紹，包括對a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808和lcd的初始化。本課題的具體要求如下：1.稱重范圍：不超過30kg2.測量精度： 0.001kg3.顯示方式：lcd1062顯示所稱量的物品重量。4.特殊功能：通過4*4鍵盤按鍵選擇去皮、清零、返回、累計等功能。本論文將分四個部分講述基于8051的多功能電子秤的設計制作過程。第一部分講述提出本設計的目的及意義和國內(nèi)外多功能電子秤的發(fā)展及現(xiàn)狀。第二部分確定本設計的總體方案。第三部分詳細介紹各硬件設計模塊實現(xiàn)的方法。第四部分對本設計進行軟件模塊的設計。第五部分完成軟硬件的測試實驗。最后，在文章的總結部分將闡述該系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的

9、問題和需要改進的方案。2系統(tǒng)總體方案設計2.1總體設計電路本文介紹了一個基于8051的多功能電子秤的設計，它使用電阻應變式壓力傳感器進行重量測量，單片機通過4*4鍵盤按鍵選擇進行去皮，清零，返回，累計等功能模式，并利用lcd1602液晶顯示屏對重量測量結果進行顯示。2.2方案設計按鍵模塊4*4矩陣按鍵液晶顯示模塊lcd1602轉(zhuǎn)換模塊a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808重量測量模塊電阻應變式壓力傳感器stc89c52圖2-1 總體結構圖由stc89c52芯片將電阻應變式壓力傳感器所測重量通過lcd1602液晶模塊顯示出來，并顯示當前的重量狀態(tài)和系統(tǒng)執(zhí)行功能。根據(jù)4*4按鍵模塊通過按鍵的選擇，確定去皮、

10、清零、返回、累計等功能。2.3方案論證隨著科技的發(fā)展，智能化的電子衡器越來越多的進入到了人們的生活當中，小到中小型超市，物流配送中心，再到國防建設，科技研究，都離不開智能化的電子衡器。隨著社會的發(fā)展需求，高效率、高精確度、高穩(wěn)定性以及高可靠性，適用于各行各業(yè)，綜合性高的電子衡器產(chǎn)品越來越受到重視以及發(fā)展。電子秤所用傳感器的選擇以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的信號處理都將影響著電子衡器的質(zhì)量和特性，選用結構簡單、適應性強、頻率響應好的傳感器再配合高增益高穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)處理模塊，可以避免由于外界環(huán)境的干擾信號的影響所產(chǎn)生的運行不穩(wěn)定，進一步提高電子秤的測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多功能智能化實用性。1) 壓力傳感器傳感器的

11、定義：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換部分指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移等。傳感器動態(tài)特性是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特

12、性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。方案一采用壓電傳感器，壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應。壓電傳感器由于其體積小、重量輕、結構簡單、工作可靠，適用于動態(tài)力學量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量。目前多用于加速度

13、和動態(tài)力或壓力的測量。高內(nèi)阻、小功率是壓電傳感器件的弱點。功率小，就意味著輸出的能量較微弱，電纜分布的電容以及噪聲干擾都會影響壓電傳感器的輸出特性，這一點就意味著對其外接電路的要求非常高。方案二采用電容式傳感器，電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。它擁有靈敏度高、結構簡單、動態(tài)響應好、可實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應等優(yōu)點。電容傳感器可以用來檢測力、位移、壓力以及振動學非電參量。雖然電容式傳感器有靈敏度高、結構簡單和良好動態(tài)特性等諸多優(yōu)點，但也有其不足之處：（1）高阻抗、小功率。由于受到幾何尺寸的約束限制，電容傳感器的電容量一般都很小，基本僅有幾皮法到幾十皮法。由于電容量

14、c太小，所以它的容抗就會變得很大，用來作為一個高阻抗元件，它的負載能力又顯得較差，功率p也會很小。所以容易受到外界環(huán)境產(chǎn)生的干擾信號的影響，產(chǎn)生的信號需要經(jīng)過放大處理，并且還要采取一系列抗干擾的措施。（2） 初始的電容小，電纜電容以及線路所存在復雜散亂的電路所構成的寄生電容對其影響很大。方案三采用電阻應變式傳感器，電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各種力學量轉(zhuǎn)換為電信號的結構型傳感器。電阻應變片式電阻是電阻應變式傳感器的核心元件，它的工作原理是基于材料的電阻應變效應，電阻應變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結合彈性元件構成力學量傳感器。導體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫

15、做電阻應變效應。電阻應變片把機械應變信號轉(zhuǎn)換為r/r后，由于應變量以及相應的電阻量變化一般都很微小，很難能夠直接精確的測量，而且不方便數(shù)據(jù)處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應變片的r/r變化轉(zhuǎn)換成電壓或者電流信號變化。它的轉(zhuǎn)換電路常用全橋測量電路來將應變片的r/r變化轉(zhuǎn)換成電壓信號。直流電橋的特點是產(chǎn)生的信號不會受到各元件和導線所分布的電感及電容的影響，而且它的抗干擾能力強，不過由于機械應變的輸出信號較小，這就需要要求配合用高增益和高穩(wěn)定性的放大器將輸出信號放大處理。電阻應變片式傳感器有如下特點：（1） 測量和應用范圍較廣，應變片可以制作成各種機械量傳感器，滿足測量要求。（2） 擁有高靈敏度和高分辨

16、力，精度也較高。（3）機械結構輕小，對試件的影響小，對復雜的環(huán)境適應性強，可在高壓、高溫、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應也好。（4）商品化，使用起來方便，有利于實現(xiàn)遠距離、自動化測量。由于本次設計是一種多功能的電子秤，需要分辨力和靈敏度高，精度較高的傳感器元件，并且要求結構輕小，對試件影響小，對復雜環(huán)境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應好，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化測量。故采用方案三中的電阻應變式壓力傳感器。2） 信號轉(zhuǎn)換方案一采用a/d轉(zhuǎn)換原理：1、逐次逼近法逐次逼近式a/d是比較常見的一種a/d轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的a/d轉(zhuǎn)換器是由一個緩沖寄存器、比較器、d/a轉(zhuǎn)換器以及邏輯控制電路組成?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入d/a轉(zhuǎn)換器，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為o，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量i進行比較，若oi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送d/a轉(zhuǎn)換器，輸出的o再與i比較，若o0)lcd1602_write_data(*s);s+;void init_lcd160