單片機(jī)自動稱重系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要本文設(shè)計(jì)的單片機(jī)稱重系以單片機(jī)為主要部件，用匯編語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，硬件則以傳感器、放大系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、CPU控制系統(tǒng)、LED顯示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)及鍵盤控制系統(tǒng)七個(gè)部分組成。通過對電路輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)重量的線性關(guān)系，建立具體的數(shù)學(xué)模型，將電壓量綱（V）改為重量綱（g）即成為一臺原始電子稱重系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上增加了LED關(guān)鍵詞：單片機(jī)，傳感器，A/D轉(zhuǎn)換，LED顯示，閾值報(bào)警目錄第1章概述 3第2章工作原理 4系統(tǒng)介紹 4設(shè)計(jì)要求 4系統(tǒng)組成框圖 4系統(tǒng)原理 4第3章硬件電路 6單片機(jī) 6應(yīng)變電阻式稱重荷重傳感器 6運(yùn)算放大器 8A/D轉(zhuǎn)換電路 103.5鍵盤.............................................123.6靜態(tài)顯示.........................................123.7聲光報(bào)警.........................................133.8硬件電路圖設(shè)計(jì)...................................154系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)....................................164.1查詢子程序流程圖.................................164.2系統(tǒng)總流程圖.....................................174.3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì).....................................174.4聲光報(bào)警： 22第5章設(shè)計(jì)結(jié)果與展望 235.1結(jié)果.............................................235.2展望.............................................236結(jié)束語..........................................247致謝............................................25參考文獻(xiàn) 26第1章概述隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，以往那種自行稱重配料的方式由于其用人工調(diào)整重量。這樣，一方面效率十分低下，稱量結(jié)果精度不高，另一方面，用手工在現(xiàn)場調(diào)節(jié)增加了工人的勞動強(qiáng)度，而其生產(chǎn)環(huán)境十分惡劣，粉塵大。因而必將為自動控制的稱重系統(tǒng)所取代，此稱重系統(tǒng)中運(yùn)用穩(wěn)定可靠、小而廉的單片機(jī)，且單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較容易。本文提出的裝置就是基于MCS-51單片機(jī)及其外圍電路所實(shí)現(xiàn)的。2章工作原理系統(tǒng)介紹行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本系統(tǒng)選用5G14433MCS-51型單片機(jī)控制，具有數(shù)字濾波、預(yù)置、檢查稱重值、光電隔離、自動控制裝載閥門以及聲光報(bào)警等功能。其流程包括：預(yù)重設(shè)計(jì)要求簡述此次的設(shè)計(jì)要求如下：設(shè)計(jì)一稱重儀，對模擬器輸出的微弱信號（0~12mV）進(jìn)行前級放大處理，再以較小的失真、誤差來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并要求具備較強(qiáng)的抗工頻干擾能力。最后利用單片機(jī)AT89C51對數(shù)字信號進(jìn)行處理，控制數(shù)碼管顯示等。要求浮動誤差在0~2.00%之內(nèi)，顯示值與輸入信號值比值在1.55~1.75之內(nèi)。系統(tǒng)組成框圖稱重傳感器 LED顯示8051系統(tǒng)放大器控制及聲光報(bào)警A/D轉(zhuǎn)換器圖2.1系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)原理為控制系統(tǒng)是一種采用單片機(jī)、專門用于工業(yè)自動定值配料的專用控制器。其系統(tǒng)原理圖如圖2.2。由圖可以看出，系統(tǒng)由下面幾個(gè)1）單片微型機(jī)（2）稱量傳感器（3）稱量斗（4）儲料稱量斗上的各電橋是以串聯(lián)方式相連接的，電橋的總輸出送MCS-51系統(tǒng)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量變成數(shù)字量，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與給定值進(jìn)行比較，若稱量值小于90%預(yù)稱量值，則繼續(xù)放料，待稱量值大于等于90%預(yù)稱量值，則關(guān)閉大閘門，打開小閘門，直到稱量值等于預(yù)稱量值，關(guān)閉小閘門。而后打開稱量斗的閘門，將料落下。系統(tǒng)將顯示本次測量值。儲料倉大閘門 小閘稱量斗∑n系統(tǒng) LED顯示IN圖2.2系統(tǒng)原理3章硬件電路單片機(jī)稱重自動控制系統(tǒng)的硬件包括單片機(jī)、重量檢測電路、線性放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示器、鍵盤和其它一些電路等組成。電路原理圖見3.8硬件電路圖設(shè)計(jì)。單片機(jī)為了使測量過程實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制化，采用AT89C51系列單片機(jī)，AT89C51CMOS84k的可反復(fù)擦寫的Flash128bytes存儲器（RAMATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生MCS-518位中央處理器和FlashAT89C51AT89C5140322216AT89C51FlashFlash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。應(yīng)變電阻式稱重荷重傳感器彈性元件將應(yīng)變電阻片貼在專門的傳感部件——彈性元件上，即可組成不同的荷重傳感器。這種傳感器中，彈性元件為力敏元件，把被測量的大小轉(zhuǎn)換成應(yīng)變量的變化，然后再把應(yīng)變量的變化轉(zhuǎn)換成電阻量的變化。彈性元件是荷重傳感器的重要組成部分，應(yīng)具備以下性質(zhì)：具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度，以便在高載荷下保證具有足夠的安全性能,彈性好，受力變形后具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性；殘余應(yīng)力小，并具有均勻而穩(wěn)定的組織，而且是各向同性；抗疲勞性好；受溫度影響小，易于機(jī)械加工及熱處理。這個(gè)系統(tǒng)中選用的是柱式傳感器中的柱形傳感器。其結(jié)構(gòu)是在圓筒上按一定方式貼上應(yīng)變片。為提高靈敏度，常采用空心的圓筒。設(shè)計(jì)傳感器的關(guān)鍵問題是根據(jù)額定載荷W及材料的允許應(yīng)力δ，便可求出產(chǎn)生的應(yīng)變力為ε=δ/E=Wg/AEWg——載荷的重量A——圓柱形傳感器的橫截面積E——彈性模量δ——材料的允許應(yīng)力ε——產(chǎn)生的應(yīng)變100%左右。下圖3.117δ使電橋失去平衡。因而使電橋輸出與被測力成正比的信號。1210 3456789圖3.1 空筒型柱式傳感器的結(jié)構(gòu)圖

4——外套7——彈性體8——底座9——下壓頭10——接線盒應(yīng)變檢測橋路的連接方法應(yīng)變式傳感器電阻的變化主要用電橋來測量。隨著應(yīng)變片粘貼數(shù)粘貼展開圖如圖3.2，橋路連接方法如3.2b。R1 R2 R3 R4 Vi

R1 R3 R4

ΔVo圖粘貼展開圖 橋路連接方法應(yīng)變檢測橋路的補(bǔ)償粘貼在彈性元件上的應(yīng)變片接成橋路后，要求在不受外力作用時(shí)，橋路的輸出為零，但由于應(yīng)變片阻值的分散性，粘貼工藝的差別，溫度的影響等等，均會造成一定的誤差。因此，當(dāng)橋路連接完以后，必須進(jìn)行一系列的調(diào)整，即所謂零點(diǎn)補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、彈性模量及靈敏度補(bǔ)償。運(yùn)算放大器由于壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運(yùn)算放大器精度的要求很高。方案一：高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動放大器。差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放(如OP07)做成一個(gè)差動放大器，如圖3.3所示。圖3.3OP07構(gòu)成的差動放大器電阻R1、R2電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級的噪聲，C1、C2為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。但其電路復(fù)雜，需要的元器件多，成本較高。方案二：選用儀表放大器INA1213.4示：圖3.4INA121內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖INA121是TexesInstrumentsBB公司生產(chǎn)的FET輸入、低功耗儀器放大電路，性能優(yōu)越。前置放大電路的放大倍數(shù)設(shè)置為50。較數(shù)設(shè)置的較高（取為100~200倍，則可以保證總的放大倍數(shù)。采用儀表放大器INA121構(gòu)成的電路簡單，元器件少，成本較低。A/D5G14433轉(zhuǎn)換器做模/數(shù)轉(zhuǎn)換。5G14433是采用雙重積分轉(zhuǎn)換原理一路模擬量輸入、輸出為3位半BCD轉(zhuǎn)換速度慢（20ms。在對速度無多大要求的應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛使用。MC14433是美國Motorola31/2位A/DA/DCMOS件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D·精度：讀數(shù)的±0.05%±1字·模擬電壓輸入量程：1.999V199.9mV·轉(zhuǎn)換速率：2-25/s·輸入阻抗：大于1000MΩ·電源電壓：±4.8V—±8V·功耗：8mW（±5V電源電壓時(shí)，典型值）·采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個(gè)位BCD碼分時(shí)在Q0—Q3輪流輸出，同時(shí)在DS1—DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實(shí)現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。MC14433的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3.5所示：圖3.5 MC14433內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖199.9MV1.9999V+200MV+2V。由于5G14433轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出是連續(xù)的，所以必須通過并行接口EOCAT89C51-INT15G1443350kHz，EOC10us。AT89C51采12個(gè)時(shí)鐘周期CPUAT89C516MHz2usEOCEOCQ3～Q0端先后輸出千、百、十、個(gè)位的BCD碼數(shù)據(jù)。由于MC14433的A/DBCDQ0~Q3DS1~DS48051P1I/O電路與其相連。MC144338051P2所示；圖3.6MC14433與單片機(jī)連接圖MC14433EOC連接在一起，所以MC14433。鍵盤鍵盤由1*4的鍵列及相應(yīng)的掃描電路組成。列掃描信號是由單片機(jī)從P

0.7

口串行輸出，列碼經(jīng)74LS164移位寄存器變成并行輸出，74LS164移位寄存器8個(gè)輸出端中3位用于控制顯示，余下的5位用于對鍵盤列掃描進(jìn)行控制。同時(shí)，AT89C51的P出控制線。靜態(tài)顯示

0.7

口作為同步脈沖輸該系統(tǒng)所采用的顯示器由4位LED數(shù)碼管和驅(qū)動電路組成，顯示的數(shù)是經(jīng)過查表得到相應(yīng)的顯示段劃碼，再送到共陽極驅(qū)動電路，顯示位的控制是由計(jì)算機(jī)從P3.1

口串行輸出位選碼經(jīng)74LS164移位寄存器變成并行輸出，74LS164移位寄存器有八位輸出端，用其中三位控制位顯示。這種靜態(tài)顯示方式亮度大，很容易做到顯示無閃爍。靜態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是CPU不必頻繁的掃描顯示器。單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指在盡可能少的外部電路的條件下，形成一3.71 2 3 4ALED1

LED2

LED3

LED4

A500R8 L8abcdefgH

abcdefgH

abcdefgH

abcdefg HR7500 L7R7VCC

345611110123 01233456111134561111401234567 401234567 401234567 401234567

500

R6 L61QQQQQQQQ444

1QQQQQQQQ 1QQQQQQQ

1QQQQQQQQ4U2K

11

U3K

U4K K 1

500R5 L5 VCCL R L R L

U5L RAB C M

AB C

AB C

AB C M12 8 9 12 8 9 12 8 9 12 8 9 500R4 L4B B500

R3 L3+5 VCC1

7 GND 46 6 35 C 2

500R2 L2D1R1 L123 VCC456 1 40

8 VCC3 1929239 U

500

DB2513251224789C 1011121314

2 P103 P114 P125 P136 P147 P158 P16P17 AT89C51

P00P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32

11231022 C921820151616PIN15

13 INT112 INT0717

217221923611

T1 5

P23

2418255S2 4VCC CSS39R C2 S4

T0 831 EA/VP 1U19 X118 X29 RESET17 RD

RXDTXDALE/P

261727428163152101411130D C3

16WR20WR

PSEN 29

Title DS5 10/10V 6.00MHZ20P1K20P1 2

SizeA4File:3

Number2008-4-26

DrawnBy:4

Revision圖3.7 最小系統(tǒng)原理圖聲光報(bào)警本系統(tǒng)對測量值超過預(yù)置的稱重值時(shí)，可以給出報(bào)警信號，下面既是實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能的電路，此電路中采用一片時(shí)基集成電路NE555，將其接成振蕩工作狀態(tài)。平時(shí)，由于單片機(jī)的P3.7555“4”處于低電平，電路被迫停振，輸出“3”恒為低電平，揚(yáng)聲器無聲，9018NPN1。這樣，NE555“4”3”產(chǎn)生出不同；頻率的振蕩輸出，推動揚(yáng)聲3”端也推動三極管工作，使報(bào)警燈同步點(diǎn)亮。4R

+5V +15V10K90182 VccTRIG NE555

120ΩCVOLT THR5 GND 1uF 0.1uF 1 10KN3.8硬件電路圖設(shè)計(jì)第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1：開始P2口送入AN千位選通信號？ 2送入AY N個(gè)位選通信號千位送入高4位P2口送入A

？YN百位選通信號？Y百位送入20H4位

個(gè)位送入低4位結(jié)束P2口送入AN十位選通信號？

圖4.1查詢子程序流程圖Y十位送入21H4位系統(tǒng)總流程圖系統(tǒng)總流程圖見圖4.2：開始調(diào)用查詢子程序千.百.十．個(gè)位放入R1.R2.R3.R4調(diào)用顯示子程序返回圖4-2系統(tǒng)總流程圖系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)org0000hljmpmainorg0020hmain:lcallservezbcd: mova,20hanla,#10hmov40h,#04h

;千位放入R1zhyi1:rradjnz40h,zhyi1movr1,amova,20h;百位放入R2anla,#0fhmovr2,amova,21h;十位放入R3anla,#0f0hmov40h,#04hzhyi2:rradjnz40h,zhyi2movr3,amova,21hanla,#0fhmovr4,alcallzdgsh

;個(gè)位放入R4lcallYANSHIlcallYANSHIsjmpmain;*******************************************;最高位為0時(shí)不顯示;*******************************************zdgsh:cjner1,#00h,dsplaymov r1,#0ah

;最高位為0,不顯示;數(shù)碼管暗cjner2,#00h,dsplaymov r2,#0ahcjner3,#00h,dsplaymov r3,#0ahcjner4,#00h,dsplaymov r4,#0ah;***********************************;顯示子程序;***********************************dsplay:MOV DPTR,#Tab ;找表首MOVLED:MOV

R0,#04HR6,#08HMOVMOVC

A,@R0A,@A+DPTR

;讀數(shù)據(jù)SETBP1.1cjne

;P1.1時(shí)鐘信號addTART:RLC

a,#80hAMOVCLR

P1.0,CP1.1

;P1.0數(shù)據(jù)信號SETBP1.1DJNZDEC R0CJNER0,#00H,LEDRET;******************************;延時(shí)子程序;******************************YANSHI:MOVR0,#00HLOOP15:MOVR1,#00HLOOP16:NOPDJNZR1,LOOP16DJNZR0,LOOP15RET;*********************************;查詢子程序;************************************serve:mova,p2JNBACC.4,serve;等待DS1=1.JBACC.2,PP1SETB07HAJMPPP2PP1:CLR07HPP2:JBACC.3,PP3SETB04HAJMPPP4PP3:CLR04HPP4:MOVA,P2JNBACC.5,PP4 ;等待百位BCD碼選通信號MOVR0,#20HXCHDA,@R0 20H4PP5:MOVA,P2JNBACC.6,PP5SWAPAINCR0MOV

;等待十位選通信號DS3421H21H4PP6:MOVA,P2JNBXCHDA,@R0RET

;等待個(gè)位選通信號DS421H4;*******************************;本表為顯示數(shù)據(jù)表;*******************************Tab:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,00h2，3，4，5，6，7,8，9'end

;'01，聲光報(bào)警：程序清單：SND：SETBP3.7 ；P3.7DELAY：MOVR7，#1EHDELAY1：MOVR6，#0F0HDELAY2：DJNZR6，DELAY2DJNZR7，DELAY1

；延時(shí)30msCLRP3.7RET

；P3.7輸出低電平,報(bào)警停；中斷返回第5章 設(shè)計(jì)結(jié)果與展望結(jié)果本產(chǎn)品總體實(shí)現(xiàn)智能電子稱重的功能。但是由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)由于傳感器發(fā)采集，主要分為信號放大、采集，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。該階段需注意的地方是對傳感器輸出的信號進(jìn)行放大時(shí)，應(yīng)選取合適的運(yùn)算放大電路。最好是預(yù)先計(jì)算好應(yīng)放大的倍數(shù)，以便選取。還有就是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使輸出滿足量程要求。展望隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變化，