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电子秤设计.rar

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    电子秤 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文电子秤设计专 业: 电子信息科学与技术 指导教师: 王继红 学生姓名: 莫峻 学生学号: 072004110480 中国﹒贵州﹒贵阳2011 年 5 月 11 日贵州大学科技学院本科毕业设计 第 2页目录摘 要: ..............................................................4关键词 ...............................................................4ABSTRACT.............................................................5KEY WORDS............................................................5一、 前言 ............................................................61.1 称重技术和衡器的发展 ...............................................61.2 电子称的组成 .......................................................8二、硬件方案设计与选择 ..............................................112.1 电子秤的设计要求 ..................................................112.2 传感器部分的方案确定 ..............................................122.3 运放与 A/D转换器部分 ..............................................152.4 键盘的选择 ........................................................192.5 显示部分的选择 ....................................................202.6 单片机的选型 ......................................................222.7 AT89S52单片机介绍 ................................................23三、硬件电路设计 ....................................................263.1 系统设计基本思路 ..................................................263.2 数据采集部分电路设计 ..............................................273.3 显示电路与 AT89S52单片机接口电路设计 ..............................283.4 键盘电路与 AT89S52单片机接口电路图 ................................293.5 报警电路的设计 ....................................................303.6 电源电路 ..........................................................31四、软件设计与调试 ..................................................314.1 电子秤的信号处理流程 ..............................................314.2 CS1180A/D芯片初始化流程图 .......................................324.3 主程序设计 ........................................................334.4 信号采样与 A/D转换子程序的设计 ....................................394.5 键盘/显示子程序设计 ...............................................42五、程序调制 ........................................................455.1程序调试用到的软件及工具 ..........................................455.2 KEIL C51简介 .....................................................455.3 调试过程及下载 ....................................................46贵州大学科技学院本科毕业设计 第 3页六、结论 ............................................................466.1主要工作及结论 ....................................................476.2存在的问题 ........................................................47参考文献 ............................................................47附录1 ...............................................................48致谢 ................................................................49贵州大学科技学院本科毕业设计 第 4页摘 要:随着微电子技术的应用,市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题,在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。本系统主要由单片机来控制,测量物体重量部分由称重传感器及 A/D转换器组成,加上显示单元,此电子秤俱备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。 本系统以 AT89S52单片机为主控芯片,外围附以称重电路、显示电路、等构成智能称重系统电路板,从而实现自动称重系统的各种控制功能。可以说,此设计所完成的电子秤很大程度上满足了应用需求 关键词:AT89S52 芯片;称重传感器; A/D 转换器;液晶显示器 贵州大学科技学院本科毕业设计 第 5页AbstractWith the application of micro-electronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. In order to make up for the traditional apparatus shortcoming, we improve the apparatus's control system with intelligence and automation. This system is mainly controlled by microcontroller, the section of height measurement accomplish by supersonic sensor, the section of weight measurement accomplish by weight sensor and A/D transformer, this apparatus have many characteristic such as having more function, consume less energy, small and move easily, low price, www.51lunwen.commeasure precisely, the speed is quick, automatic work without people and so on. The system is mainly controlled by the microcontroller AT89S52, the periphery is consist of the circuit of clock and calendar, the circuit of measure height and weight, the circuit of display and print, all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight. It can achieve all function of the apparatus. Key words:T89S52;ponderation sensor;A / D converter;Monitor 贵州大学科技学院本科毕业设计 第 6页一、 前言称重技术自出现社会文明以来就被人们广泛重视,作为一种基础的计量手段,广泛应用于工业、农业、科研、交通、内外贸易等各个领域。与人们的生活息息相关。电子秤作为电子衡器中的一种,是国家法定的计量用具,是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可或缺的计量工具,衡器产品的技术水平高低,直接影响到各个行业的现代化水平、科技水平和社会经济效益的提高。所以,称重技术的研究和衡器产品的发展每个国家都非常重视。下面介绍一些电子秤和电子衡器的相关知识。1.1 称重技术和衡器的发展(1) 电子技术进军衡器制造业随着二战后的经济繁荣,为了将称重技术引入到生产工艺过程中去,对称重技术提出了全新的要求,为了称重过程的自动化,电子技术不断渗入到衡器制造行业中来。从 1954年开始使用输出信号能控制商用结算器,并且用电磁铁机构与代替人工操作的按键与办公机器联用的带新式打印机的倾斜杠杆式秤。到 1960年开发出的与衡器相连的专门称重值打印机,带电子装置的衡器出现了,虽然其称量工作是机械式的,但与称量有关的显示、记录、远传式控制器等功能都应用到了电子技术。(2) 电子秤的普遍应用电子秤的发展和其他事物的发展过程一样,同样经历了由简单至复杂、由粗糙至精密、由机械到机电结合、再到全电子化、由单一功能到多功能的发展历程。特别是近 30年来,工艺流程中新出现的现场称重、配料定量称重、和产品质量的检测等工作,都需要能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能输出质量和重量信号,而且还能作为总系统中的一个独立单元承担着控制与检验功能,进一步推进工业生产和贸易交往的合理化和自动化发展。近几年来,电子秤已越来越多地参与到数据处理的过程中,现代称重技术和数据系统已经成为了工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务以及商业销售领域中不能替代的组成部分。随着称重传感器各项性能指标的记录不断打破,为电子秤的发展奠定了坚实基础,在其他国家如美国、西欧等在二十世纪 60年代就已经出现了 0.1%称量高精度的电子秤,并在 70年代中期就约对 75%的机械秤实施了机电结合式的电子化改贵州大学科技学院本科毕业设计 第 7页造。我们国家的衡器在二十世纪 40年代以前都还是机械式的,40 年代逐渐开始发展了机电结合式的衡器。50 年代才出现了以称重传感器为主要部件的电子衡器。但是从 80年代开始,我国通过自行研制、引进国外技术和技术改造,已经从传统的机械式衡器进入了集传感器技术、微电子技术、计算机技术于一体的电子衡器高速发展阶段。现在,由于电子衡器具有的称量快、读数方便、能在恶劣环境下工作、便于与计算机技术相结合而实现称重技术和过程控制的自动化等特点,已经被广泛应用在工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等领域,而且其应用范围将进一步地发展,并且被人们愈来愈重视。(3) 电子衡器的分类电子衡器基本上由两个部分组成,也就是“力—电”转换元件(称重传感器)和显示仪表两部分组成。电子衡器大致可以分为两大类,一种是在杠杆式机械衡器的基础上再增加一套“位移—数字”转换以及测量装置,将被称物体的重量或质量直接用数字显示出来。这种衡器,通常用盘码、光栅、电磁平衡力矩器、同步感应器和陀螺传感器等器件组成。这种电子衡器通常被人们称其为光栅电子秤、码盘电子秤、电子磁力电子秤、同步感应电子秤或螺旋电子秤。另一种电子衡器是通过称重传感器,将被称物体的重量直接转换为被测重量成比例(一般是正比例)的电信号,再由电子测量装置转换成数据量,并直接显示其重量数据,这类电子衡器通常被称为传感器式电子衡器。(4) 电子衡器的发展动态电子衡器产品种类繁多、应用广泛,从通用的各种各样的小型电子秤到大型的电子称重系统,从一般的称重、计价到生产过程检测系统的一个测量控制单元,其应用领域也在不断地扩大和发展。根据近些年来电子称重技术与电子衡器的发展情况以及电子衡器的市场需求,电子衡器大致往小型化、模块化、智能化、集成化的方向发展;其技术性能也提出了速率高、准确性高、可靠性高等要求;其应用性趋向于综合与组合性。小型化:即小而轻且薄。为了使电子衡器的承载器达到小、轻、薄,开始大量采用重量轻且刚度大的空心波纹铜板和方形闭合截面的薄壁型材料。模块化:电子衡器的承载器一般采用模块式的一体组合或者分体组合,往往会产贵州大学科技学院本科毕业设计 第 8页生新的品种和新的规格。这种模块化组合不但能提高产品的通用性和可靠性,还能大大提高生产效率、降低制造成本。智能化:通过与电子计算机组合开发的称重用计算机,其中利用计算机的智能来增加称重显示和控制等功能,从而使其在原有的功能基础上增加了推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能,达到了智能化的需求。集成化:对于一些品种和不同结构的电子衡器,实现了承载器和称重传感器一体化,还实现了承载器、称重传感器与称重显示控制器的一体化。综合性:随着电子称重技术和电子衡器的应用范围不断扩大与发展,毫无疑问它已渗透到一些学科和工业自动控制等领域。对某些商用电子计价秤来说,如果只具备称重、计价、显示、打印功能当然还远远不够,现代商业系统已经提出了新的要求:需要它能提供各种各样的销售信息,还应该把称重与管理自动化相结合,使称重、计价、进库、销售管理等一体化,从而实现管理的自动化。这就需要电子计价秤与电子计算机联网,把称重系统和计算机系统组成一个完整的综合控制系统。组合性:在工业生产过程和工艺流程中,很多称重系统还应该具被可组合性,即测量范围可以随意设定;硬件能够依据不同的程序进行修改和扩展;输入和输出数据与指令可使用不同的语言,并且能与外部的控制器和数据处理设备进行通信。1.2 电子称的组成1.2.1 电子秤的基本结构电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量(重量)的测量仪器,也可以用来确定与质量相关的其它大小、参数或特性。所有的电子秤均由以下三部分组成:(1) 承重、传力复位系统它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统,又称电子秤的秤体,一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减震机构等。(2) 称重传感器即由非电量(质量或重量)转换成电量的转换元件,它是把支撑力变成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。按照称重传感器的结构形式不同,可以分直接位移传感器(电容式、电感式、电位计式、振玄式、空腔谐振器式等)和应变式传感器(电阻应变式、声表面谐振式)贵州大学科技学院本科毕业设计 第 9页或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。对称重传感器的基本要求:输出电量与输入重量保持单值对应,并且有良好的线性关系;具有较高的灵敏度;对被称物体的状态的影响小;能在恶劣的环境条件下工作;有较好的频响特性;稳定可靠。(3) 测量显示与数据输出的载荷测量装置也就是处理称重传感器信号的电子线路和指示部件。这些习惯上被称载荷测量装置或者二次仪表。在数字式的测量电路中,常常包括前置放大、过滤运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。1.2.2 电子秤的工作原理当被称物体放置秤台上时,其重量就会通过称体传递到称重传感器,传感器随即产生电效应,将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系的电信号。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数(A/D)器进行转换,数字信号再送到微处理器的 CPU处理,CPU 不断扫描键盘和各种功能开关,根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存储器,需要显示时,CPU 打出指令,从内存储器中读出送到显示器显示。一般的信号放大、滤波、A/D 转换及信号的各种运算处理都在仪表中完成。1.2.3 电子秤的计量性能(1) 量程:电子衡器的最大称量 Max,即电子秤在正常工作情况下,所能称量的最大值。(2) 分度值:电子秤的测量范围被分为若干等份,每份值即为分度值。用 e或 d来表示。(3) 分度数:衡器的测量范围被分成若干份,总份数即为分度数用 n表示。电子衡器的最大称量 Max可以用总分度数 n与分度值 d的乘积来表示,即 Max=n*d(4)准确度等级国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成 I、II、III、IV 四类等级,分别对应不同准确度的电子秤和分度数 n的范围,如下表:标志及等级 电子秤种类 分度数范围特种准确度 基准衡器 n》100 000贵州大学科技学院本科毕业设计 第 10页高准确度 精密衡器 10000《n《100000中准确度 商业衡器 1000《n《10000普通准确度 粗衡器 100《n《1000表 1—1二、硬件方案设计与选择2.1 电子秤的设计要求设计一种小型、简便、精确度高的电子平台秤,量程 5Kg,分度值为 5g,它用意个显示窗口来显示所称物体的重量。可扩展功能是它具有置零、去皮、标定功能。置零:在开机或称重过程中,仪表显示偏离零点且在称重范围内,则可按【置零】键,显示零值并零点指示灯亮。去皮:在称重显示状态下,按[去皮]键,则显示零值并去皮指示灯亮;在去皮状态下,拿掉皮重物时按【去皮】键,可清除皮重值。标定功能:为保证仪器预定精度的可靠性和合法性,仪器必须定期校准,为用户提供一种方便的自动校准方式。电子秤的应用系统是由硬件和软件所组成。硬件指单片机、扩展输入输出设备等部分;软件是各种工作程序的总称。硬件和软件只有紧密配合、协调一致,才能提高系统的性能价格比。从一开始设计硬件时,就应考虑相应软件的设计方法,而软件是根据硬件原理和系统的功能要求进行的。依照设计要求,硬件系统可由传感器部分、A/D转换器部分、键盘部分、显示部分、单片机部分构成。2.2 传感器部分的方案确定称重传感器称重传感器在电子秤中占有非常重要的位置,被称为电子秤的心脏,它的性能好坏将直接影响到电子秤的精确度及其稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的 50%—70%。若在较差的工作条件下,传感器所占的误差比例就会更大。所
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