電子秤課程設計

1、設計題目】:基于單片機的電子秤設計設計要求】：（1）設計一款電子秤，用LCD液晶顯示器顯示被稱物體的質(zhì)量（2）可以設定該秤所稱的上限3）當物體超重時，能自動報警設計過程】方案設計】電子秤的組成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(zhì)量 （重量）的測量儀器， 也可用來 確定與質(zhì)量相關的其它量大小、 參數(shù)、或特性。 不管根據(jù)什么原理制成的電了秤 均由以下三部分組成： 承重、傳力復位系統(tǒng)它是被稱物體與轉(zhuǎn)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(zhì)量或重量） 轉(zhuǎn)換成電量的

2、轉(zhuǎn)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。（3）測量顯示和數(shù)據(jù)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(shù)轉(zhuǎn)換、 電流源或電壓源、 調(diào)節(jié)器、補嘗元件、保護線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯 器件等）。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(chǎn)生力一電效應，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)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(jīng)濾波后再由模/數(shù)（A/D）器進行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處器的CPU處理，CPU不

3、斷掃描鍵盤和各功能開關， 根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)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(nèi)存貯器，需要顯 示時，CPU發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機打印。 本設計思路本設計的主要思路是： 利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號， 經(jīng)過電 壓放大電路放大， 然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 最后把數(shù)字信號送入 單片機。單片機經(jīng)過相應的處理后，得出當前所稱物品的重量，然后顯示出來。主要技術指標為：稱量范圍0600g,分度值1kg,精度等級III級，電源AC220V?！酒骷x擇】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、

4、測量部分、數(shù)據(jù)顯 示部分、鍵盤部分、語音提示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(jīng)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(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，控制器接受來自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過復雜的運算，將數(shù)寧信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量信號，并將其送到顯示單元中。控制器部分本設計使用單片機作為系統(tǒng)的主控制器。根據(jù)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(zhuǎn)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(nèi)，不用在外部擴展存

5、儲器，這樣電路也可簡化。在這里選用STC生產(chǎn)的STC12C5A60S單片機。STC12C5A60S與MCS-51相比有如下優(yōu)勢： 指令集與MCS-51系列單片機完全兼容。片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器，并且支持SPI-IS唯線編程，使程序?qū)懭敫臃奖悖?提高了調(diào)試效率，縮短了開發(fā)周期。提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路體積更小。單指令周期，運行速度高。自帶上電復位電路，可減低單片機外圍電路的復雜程度。 內(nèi)置8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度25萬次/秒。STC12C5A60S內(nèi)部帶有60KB的程序存儲器， 并且?guī)в?路10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器，基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。STC12C5A60S單

6、片機的引腳圖如圖2所示。圖2 STC12C5A60S單片機的引腳圖數(shù)據(jù)采集部分電子秤的數(shù)據(jù)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。傳感器的選擇傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、 選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、 可能產(chǎn)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。根據(jù)設計需要，確定傳 感器的額定載荷為1Kg，允許過載為150%,精度為，最大量程時誤差土，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該傳 感器測量精度高、溫度

7、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3所示。P5,3二1MOST AD7j Fl. a I 2M：) XDCG PL.G = 3-一ZH dm UT上WAUmF二diddjrnnnnn豆二二503dOJ二二彳dSTC12C5A60S2單片機_ PO. 4 AD4二I F0再和帝 二PO. E AEfiPD. 17 AMEX LVD P.6 R3T2P4*1/ECJ/MOS：ALE T4. SSA F 4.4P2. T/A15P2. C A14P2. 5 A13P5. 11.三u FMd

8、、*- - - k uCJ.空、0=U 1蟲-弋爰-PTM空置、SS二右msKA G-一亙9雇SCLK/ADL7 FL 7P4. T/RST二RxD PS. 0 lSCLK/TlDZ/CCPL/Pl 3匚二I_M P3- 1二ISTOP3. 2而P3.3 r；LsOLT3/TD P3. 1 ICLKOLTl/Tl/?3. 5匚二一 一一-q 0-1 3 Z M3231302928由稱重傳感器的稱量原理可知，采用轉(zhuǎn)換電路，把應變計的R/R變化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成可以被A/D轉(zhuǎn)換器接收的信號。在前級處理電路部分， 我們

9、考慮可以采用以下幾種方案：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(zhuǎn)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， 此種方案不宜米用。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(shù)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

10、益相關：增益越 高，共模抑制比越大。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前級采用運放Al和A2組成并聯(lián)型差動放大器，使其輸入阻抗為無窮大，共模抑 制比也為無窮大。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。后級電路采用廉價的儀器放大器，將雙端信號 轉(zhuǎn)換為單端信號輸出。由于阻容耦合電路的隔直作用，后級的儀器放大器可以做 到很高的增益，進而得到很高的共模抑制比?！鞠到y(tǒng)電路設計】主控制器電路主控制器是STC12C5A60S單片機，其外圍電路簡

11、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。END圖5主控制系統(tǒng)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(diào)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(diào)電阻。傳感器放大電路如圖6所示。STC12C5A60S236至a 534 Lo 633 C.732II2S 27矛壯26 25234 5 6 7 6 1D醞POPD00 CHP-,二亠47-6 5

12、1UE弋益1.5RST3.O1? p p pCTVJX3 qy T賽-b ppp12 rn57JToTTXTAL22Pl圖6傳感器放大電路顯示電路1602液晶模塊的引腳連線如圖7。其中，第1、2腳為液晶的驅(qū)動電源；第三腳VL為液晶的對比度調(diào)節(jié)，通過在VCC和GND之間接一個10K多圈可調(diào)電阻，中 間抽頭接VL,可實現(xiàn)液晶對比度的調(diào)節(jié)；液晶的控制線RS R/W、E分別接單片 機的、；數(shù)據(jù)口接在單片機的P2口；BL+、BL為液晶背光電源。1602|GNDVCCGND圖7 1602液晶模塊的接線圖 報警電路的設計 當電路檢測到稱重的物體超過儀器的測量限制時，將產(chǎn)生一個信號給報警電路 使報警電路報警從

13、而提醒工作人員注意，超限報警電路如圖8所示。【軟件設計】程序設計是一個復雜的工作，為了把復雜的工作條理化，就要有相應的步驟和方 法。其步驟 可概括為以下三點：分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對復雜的問題進行具體的分析, 方法及適當?shù)臄?shù)據(jù)結構，從而確定編寫程序的步驟。根據(jù)算法畫流程圖：畫流程圖可以把算法和解題步驟逐步具體化, 可能性。編寫程序：根據(jù)程序圖所表示的算法和步驟，選用適當?shù)闹噶钆帕衅饋恚瑯嫵梢?個有機的整體，即程序。 主程序的設計主程序的功能是系統(tǒng)初始化，管理和調(diào)用各個子程序。本設計的程序流程圖 如圖9所示。圖8報警電路圖它是由89S52的口來控制的，當超過設置的重量時（5Kg）,通過程序

14、使口值為 高電平，從而使三極管導通， 接通報警電路，使蜂鳴器SPEAKERS出警報聲， 同 時使報警燈LED發(fā)光。啟動 A/D 轉(zhuǎn)換找出合理的計算以減少出錯的圖11顯示子程序流程圖報警子程序的設計由于要求有報警電路，可以將設定的閥值與實時顯示的值進行比較，如果設 定值小于實時顯示的值，則將置為開始Y1,就報警。程序流程圖如圖12所示。圖12報警子程序框圖【結果分析】與閥值相等報警返回實驗中在稱重物時，電子秤能夠測量出物體的重量，當物體重量大于600克時，會發(fā)出警報。綜上所述，設計出的電子秤能夠正常的進行工作。6.【設計總結】(1)設計中出現(xiàn)的問題及解決方案始用C語言編寫代碼時， 出現(xiàn)很多小錯誤

15、。 比如變量還沒定義就直接使用了； 書寫不規(guī)范，不該用分號的地方用了，括號不配對等；沒有注意大小寫的區(qū)別。這 些都是根據(jù)提示找到出錯的語句直接改正就可以。在重量調(diào)整子程序中，設置了一個上限量程，在重量超過了上限時直接使用beep()函數(shù)，但是這時并不報函數(shù)，還是不行，原來必行在調(diào)用之前定義或是先聲明了才能 個函數(shù)。警,才發(fā)現(xiàn)還沒定義這個函數(shù)，接下來在下面定義了報 調(diào)用之后定義這(2)個人體會通過本次課程設計，加深了對單片機的理解，并且更加熟悉了單片機的整個設計流程。經(jīng)過對電子稱的設計，加深了對傳感器的理解以及更加了解到日常生 活中傳感器與我們實際生活的聯(lián)系。 在設計過程中出現(xiàn)了許多錯誤，導致一

16、些程序無法運行，但經(jīng)過不斷的努力，終于克服了困難，完成了設計的任務及要求。 由于設計時間有限，只能在以后的學習過程中做更進一步的改進和提高7.【參考文獻】1趙茂泰2馬忠梅3劉瑞新4王東峰5李平等6張毅剛智能儀器原理及應用M.北京：電子工業(yè)岀版社單片機的 C 語言應用程序設計M.北京：北京航空航天大學岀版社 單片機原理及應用教程M.機械工業(yè)岀版社.單片機 C 語言應用 100 例M 北京：電子工業(yè)岀版社.單片機入門與開發(fā)M 北京：機械工業(yè)岀版社.MCS-51 單片機應用設計M 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學岀版社.附錄:#include /-/ SPEED1SPEED0 A/D轉(zhuǎn)換所需時 間#defin

17、e AD_SPEED 0 x60 / 0110,0000 1 1 90個時鐘周期轉(zhuǎn)換一 次,/ CPU工作頻率21MHz時A/D轉(zhuǎn)換速度約300KHz/#define AD_SPEED0 x40 /0100,000010140個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次/#define AD_SPEED0 x20 /0010,000001280個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次/#define AD_SPEED0 x00 /0000,000000420個時鐘周期轉(zhuǎn)換一次/-unsigned int get_AD_result(unsigned char channel)unsigned char AD_finished=0;/存儲A/

18、D轉(zhuǎn)換標志ADC_RES = 0; /A/D轉(zhuǎn)換結果高8位ADC_RESL = 0;/A/D轉(zhuǎn)換結果低2位channel &= 0 x07; /0000,0111清0高5位ADC_CONTR = AD_SPEED;_nop_();ADC_CONTR|=0 xE0/1110,0000清ADC_FLAG ADC_STAR位和低三位ADC_CONTR |= channel;_nop_();ADC_CONTR |= 0 x80;delay(1);ADC_CONTR |= 0 x08;換AD_finished = 0;while (AD_finished = 0 )AD_finished = (

19、ADC_CONTR &0 x10/)/;0001,0000測試A/D轉(zhuǎn)換結束否ADC_CONTR&= 0 xE7;/1111,0111清ADC_FLAG位，關閉A/D轉(zhuǎn)換return (ADC_RES2|ADC_RESL)返 回轉(zhuǎn)換后的結果void WriteDataLCD(unsigned char WDLCD)ReadStatusLCD()/;/檢測忙LCD_Data = WDLCD;LCD_RS = 1;LCD_RW = 0;LCD_E = 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;/選擇A/D當前通道/

20、啟動A/D電源/使輸入電壓達到穩(wěn)定/0000,1000令ADCS = 1,啟動A/D轉(zhuǎn)/等待A/D轉(zhuǎn)換結束void WriteCommandLCD(unsigned char WCLCD,BuysCB uysC為0時忽略忙檢測if (BuysC) ReadStatusLCD根據(jù)需要檢測忙LCD_Data = WCLCD;LCD_RS = 0;LCD_RW = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_E = 1;unsigned char ReadDataLCD(void)LCD_RS = 1;LCD_RW = 1;LCD_E = 0;LCD_E = 0;LCD_

21、E = 0;LCD_E = 1;return(LCD_Data);unsigned 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&Busy) /硬件使用時，不延遲，打開while循環(huán)return(LCD_Data);void LCDInit(void)LCD_Data = 0;WriteCommandLCD(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W(wǎng)riteCommandLCD(0 x01,1);/顯示清屏WriteCommandLCD(0 x06,1);/顯示光標移動設