智能电子称的设计

1智能电子称的设计组号：第五组组员：王润源杨锡贵彭文星摘要：该系统以单片机LM3S811为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统部分、数据采集部分、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括单片机内部的A/D转换器；数据采集部分由压力传感器、信号的前期处理和A/D转换部分组成，包括半桥测量、精密仪表放大器INA122和单片机控制的A/D采样；人机界面部分为键盘输入、LCD，可以直观的显示重量的具体数字以及方便的输入数据，使用方便；系统电源是用两节干电池3V提供。系统的软件部分应用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重（称重范围为0～2.999Kg，重量误差优于±5%）、显示购物清单的功能，并能完成发挥部分对于液态商品具有去皮功能，还具有超量程和欠量程的报警功能。本系统设计结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。关键词：智能电子秤；INA122；压力传感器一、方案比较与论证1、压力传感器的选择这里的传感器是将非电量转换成电量，传感器按线性变化易于整个系统的控制和软件编程，传感器的响应速度和精度更是衡量其性能重要参数。方案一：采用单臂电桥压电传感器。电桥输出电压。方案二：采用半桥压电传感器。电桥输出电压。根据题目的要求，方案二比方案一精度更高，且对后级仪表放大器性能要求要比方案一要求的要低。所以我们选择方案二半桥压电传感器。2、仪表放大器的选择方案一：采用INA122仪表放大器。NA122精密仪表放大器，单电源供电是2.2～36V，双电源供电是–0.9/+1.3V～±18V，内部两级运放，轨对轨的压摆，共模抑制比高，输入阻抗大，增益高，精度非常好，且外部接口简单。方案二：采用INA128仪表放大器。INA128也是精密放大器，但它只能是双电源供电，而本次设计要求用两节干电池供电；且其内部三级运放，成本比INA122要高。综合考虑，选择方案一。3、单片机的选用方案一：采用传统的51单片机。传统51系列单片机为8位机，价格便宜，控2制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大容量的程序和实现快速精准的反应、控制、计算。方案二：采用FPGA可编程逻辑器件。FPGA功能强大，编程灵活，低功耗，但是价格昂贵操作复杂。方案三：采用TI公司LM3S811控制器。LM3S811是64位的单片机，功能强大，运算速度快、控制简单，存储容量大。根据题目要求，性能和成本比较，我们选择方案三，采用TI公司的LM3S811控制器。4、A/D转换器方案一：ADC0809是一款8位的A/D转换器。方案二：TLC5615是一款10位的A/D转换器。方案三：LM3S811内部集成了12位A/D转换器，只需要调用相关的程序，便可驱动A/D。根据方案比较，LM3S811内部集成了12位的A/D，不光精度高而且不用去单独的制作A/D转换硬件，所以我们选择方案三。二、系统方案设计1、总体设计当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－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(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。测量部分是利用压力传感器检测压力信号，得到微弱的电信号，而后经处理放大电路，处理后，送单片机中的A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出，键盘控制接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其送LM3S811单片机LCD驱动键盘控制数据处理按键控制报警警告LCD显示压力传感器放大电路电桥电路稳压A/D采样测量调理图2－1系统总体框图3到显示单元中，并在LCD上显示出来。2、压力传感器的测量原理压力传感器的工作原理：当导体或半导体受到外力作用时，会产生机械变形，从而导致阻值变化。导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关。当导体受外力作用时，电阻率及几何尺寸的变化会引起电阻的变化。因此，通过测量电阻值的大小，就可以反映外界力的大小。压力传感器的测量电路可采用桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个电阻均可以是应变片。如能恰当的选择个桥臂的电阻，可以消除电桥的恒定输出，使输出电压只与应变片的电阻有关。当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。3、前级放大电路INA122是一个两级运放的精密仪表放大器，具有单电源供电、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低等特点。其最大输入偏置电流为25nA，这一参数反映了它的高输入阻抗。INA122在外接电阻Rg时，可实现5V～10000V范围内的任意增益；工作在单电源范围为2.2~36V；并且它的输出压摆率是轨对轨形式，输出的电压成线性关系。仅需调整一个电阻Rg，就能方便的调整放大器的增益。由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。图2－3放大电路原理图44、电子秤原理图如图，电子秤硬件电路主要由TL431稳压电路、半桥测量电路、放大电路、外接三个电阻构成，放大电路6脚接单片机的A/D采样。三、系统软件设计系统的主程序流程框图如图3－1所示：图2－4电子秤原理图开始系统初始化显示主界面，读标定系数称重及数据处理读7279，判键有键吗？NY设置单价用数字键输入，并可修改确认去皮即清零累计金额求和清零回到初始化清单显示商品名称等显示总金额5四、测试方法与仪表1、测试仪表仪器名称数量型号数字万用表1UA9205N稳压电源1YB173IC2、操作方法把传感器放平，接通电源，显示主界面，如果空称时显示不为零，可按去皮键清零；如需去除器皿皮重，先按去皮键，再在器皿上放物件，则显示净重；如果物价重量超出测量范围，显示超重警告；单价设置时，先按设置键，再用数字键输入单价，可使用删除键修改。3、测试方法电子称放平，用万用表电压档红表笔接仪表放大器的输出端黑表笔接地，测出秤盘上没有重物到添加重物、依次增加重物的重量所显示的数据，没有放重物时所显示的数据就是本系统的误差设置单价，当物件重量变化时，读取相应的金额；使用累计功能，读取总金额；使用汇总功能。4、测试数据及测试结果分析测试数据按照操作方法，对500g到3000g的盐进行测试,从小到大，然后从大到小，共测量7个来回，共14次；测试结果及分析物品名称实际重量（kg）测示重量(kg)放大倍数绝对误差食盐0．000.0110000.01食盐0.500.4910000.01食盐1.001.0010000.00食盐1.501.5010000.00食盐2.002.0110000.01食盐2.502.4910000.01食盐3.002.9910000.01图4－1测试仪表图3－1软件流程图表4－4重量测试结果与误差分析6五、系统总结此次设计的“电子秤”基本要求称重误差优于±5%，发挥部分重量精度优于1%，通过测试，我们实际所测的误差为1%，系统完全达到了设计要求，不但完成了基本要求，发挥部分的要求并增加了超重报警功能。系统误差用软件的算法将其去掉。压电传感器的灵敏度、仪表放大器的精度、A/D转换器的位数和转换速度，决定了整个系统的反应速度和精度。六、参考文献1凌阳16位单片机应用基础罗亚非等编著.北京航空航天大学出版社2单片机的C语言应用程序设计马忠梅,马岩等编.北京航空航天大学出版社出版.3〈电子测量仪器原理与使用〉〉林占江，林放编著.电子工业出版社.4〈〈数字电子技术〉〉徐丽香编著.电子工业出版社.七、附录（1）//ADC采样unsignedlongadcSample(void){unsignedlongulValue;ADCProcessorTrigger(ADC_BASE,0);//处理器触发采样序列while(!ADC_EndFlag);//等待采样结束ADC_EndFlag=false;//清除ADC采样结束标志ADCSequDataGet(ADC_BASE,0,&ulValue);//读取ADC转换结果return(ulValue);}voidDisplaydy(unsignedlongulValue){unsignedintDyValue,h;DyValue=(ulValue*3*100)/1024;if(DyValuemax)max=DyValue;if(max189){for(h=0;h6;h++)Display(0,16*h,46+h);}if((max-DyValue)27)max=0;7mm=(192*max-6300)/100;//mm=200*max-66;Depart(mm);kgg();}（2）//算钱的功能unsignedintk=0,l=0,j=0;voidqian(){unsignedintm;m=(price*mm)/100;jin[j]=m-pi;//单价Displayen(4,32,jin[j]/1000);Displayen(4,40,jin[j]/100%10);Displayen(4,48,30);Displayen(4,56,jin[j]/10%10);Displayen(4,64,jin[j]%10);if(temp==11){pi=m;temp=50;}if(temp==10){jin[j]=m-pi;sum=sum+jin[j++];kg[l]=mm;l++;ming[k]=xxk++;ming[k]=xxx;k++;//总价Displayen(6,60,sum/1000);Displayen(6,68,sum/100%10);Displayen(6,76,30);Displayen(6,84,sum/10%10);Displayen(6,92,sum%10);pi=0;temp=50;8}}（3）//显示清单intppp=0;voidqingdan(){if(ppp==1||ppp==2||ppp==3||ppp==4||ppp==5||ppp==6||ppp==7||ppp==8||ppp==9||ppp==10){clear_screen(0);Display(0,0,0);Display(0,16,1);Display(0,40,2);Display(0,56,3);Display(0,80,4);Display(0,96,5);if(ppp==1){Display(2,0,ming[ppp-1]);Display(2,16,ming[ppp]);}else{Display(2,0,ming[ppp]);Display(2,16,ming[ppp+1]);Displayen(2,32,kg[0]/100);Displayen(2,40,30);Displayen(2,48,kg[ppp-1]/10%10);Displayen(2,56,kg[ppp-1]%10);Displayen(2,80,jin[ppp-1]/1000);Displayen(2,88,jin[ppp-1]/100%10);Displayen(2,96,30);Displayen(2,104,jin[ppp-1]/10%10);Displayen(2,112,jin[ppp-1]%10);temp=49;}}