基于单片机的电子秤的设计

《传感器与检测技术》课题设计题目：基于单片机的电子秤的设计系别：电子信息工程系专业：电子信息工程专业班别：09电本1班学号：200900604162姓名：何梓云指导教师：唐智权2011年12月20日2摘要本系统采用单片机AT89S52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板，数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器，数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。人机界面部分为键盘输入，12864点阵式液晶显示，可以直观的显示中文，使用方便。软件部分应用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能，包括基本的称重功能，和发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和重新设定10种商品的单价，具有超重报警功能，由于系统资源丰富，还可以方便扩展其应用。由于单片机控制的电子称结构简单，成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。引言随着社会进步与人们生活水平的日益改善，人们的消费能力亦不断提高，对于智能电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。它与我们日常生活紧密结合成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。物品称量作为人们的消费活动之一，对电子称量系统的自动化程度、智能化程度有了更高的要求，因此设计一种能够满足人们需求的多功能电子秤显得尤为必要。为了满足需求，研制了基于AT89S52单片机的多功能电子秤，该电子秤可以预存10种以上商品的单价，称重后能同时显示重量、单价和总额，可以设置日期，具有超重报警功能，购物清单可以打印输出，收银员可以查看购物清单明细表，顾客可以查看商品基本信息。关键词压力传感器单片机A/D转换器LED显示器第一部分：方案论证与比较一、控制器部分本系统基于51系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。不宜采用大规模可编程逻辑器件：CPLD、FPGA来实现。另外系统没有其它高标准的要求，我们最终选择了AT89S52通用的比较普通单片机来实现系统设计。内部带有8KB的程序存储器，在外面扩展了32K数据存储器，以满足系统要求。二、数据采集部分（1）、传感器3题目没有要求具体的称重范围，我们选择最大量值为20千克。我们选择的是L-PSIII型传感器，量程20Kg，精度为，满量程时误差0.002Kg。可以满足系统的精度要求。其原理如下图所示。称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出：（2）、前级放大器部分压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器要求很高。具体方案：高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如OP07)做成一个差动放大器。电阻R1、R2电容C1、C2、C3、C4用于滤除前级的噪声，C1、C2为普通小电容，可以滤除高频干扰，C3、C4为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器R6可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。4缺点：此电路要求R3、R4相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。（3）、A/D转换器由上面对传感器量程和精度的分析可知：A/D转换器误差应在以下12位A/D精度：10Kg/4096=2.44g14位A/D精度：10Kg/16384=0.61g考虑到其他部分所带来的干扰,12位A/D无法满足系统精度要求。所以我们需要选择14位或者精度更高的A/D。具体方案双积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109。双积分型A/D转换器精度高，但速度较慢(如：ICL7135),具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于），可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。作为电子秤，系统对AD的转换速度要求并不高，精度上14位的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ICL7135具体方案、双积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109。双积分型A/D转换器精度高，但速度较慢(如：ICL7135),具有精确的差分输入，输入阻抗高（大于），可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。作为电子秤，系统对AD的转换速度要求并不高，精度上14位的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ICL7135三、人机交互界面显示输出：虽然ZLG7289具有控制数码管显示的功能，但考虑到本题目要求中文显示，数码管无法满足，只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。由于可以分页显示，无需太大屏幕，我们选择了点阵式128×64型LCD—OCM4X8C。第二部分：具体实现方案一、硬件组成：5（一）、硬件结构框图如下：（二）、各部分硬件电路实现(1)、基于AT89S52的主控电路图6主控电路以89C52为核心扩展32KRAM；单片机使用6M晶振，P0口外接上拉电阻，增大了带负载能力；A12～A15接74LS138译码器，输出作外部片选信号。扩展了几个接口用于其它部分于单片机的通信（2）前端信号处理7INA126构成的放大器及滤波电路：通过调节的阻值来改变放大倍数。微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从INA126的第6脚输出。A/D转换器ICL7135的输入电压变化范围是-2V～+2V，传感器的输出电压信号在0～20mv左右，因此放大器的放大倍数在200～300左右，可将接成的滑动变阻器。由于ICL7135对高频干扰不敏感，所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。因为压力信号变化十分缓慢，所以滤波电路可以把频率做得很低。（3）A/D转换器8基准源选用芯片MC14032.5V分压得到：由于ICL7135内部没有振荡器，所以需要外接。但A/D转换器精度与时钟频率的漂移无关。正向积分时间T1和反向积分时间T2按相同比例增加并不影响测量的结果。ICL7135的时钟频率典型值为200kHz最高允许为1200kHz，时钟频率越高，转换速度越快。每输出一位BCD码的时间为200个时钟周期，选通脉冲位于数据脉冲的中部，如果时钟频率太高，则数据的接受程序还没有接受完毕，数据就已经消失了。考虑到此系统频率要求不是太高，且单片机的工作频率也不是很高，因此我们取时钟频率的9典型值：200kHz。由于频率比较低，对时钟漂移要求不高，我们采用阻容方式实现了基本的振荡电路。如下：振荡频率约为160kHz。此外ICL7135外部还需要外接积分电阻、积分电容，但A/D转换器精度与外接的积分电阻、积分电容的精度无关，故可以降低对元件质量的要求。不过积分电容和积分电容的介质损耗会影响到A/D转换器的精度，所以应采用介质损耗较小的聚丙乙烯电容ICL7135还需要外接基准电源，这是因为芯片内部的基准源一般容易受到温度的影响，而基准电源的变化会直接影响转换精度。所以当精度要求较高时，应采用外接基准源。一般接其典型值1V。(4)、人机交互界面LCD显示接口电路.LCD复位信号通过反相器接到单片机的RESET上，上电或手动复位时将随单片机同时复位。由于复位后并行口输出高电平，LCD处于选中状态，此时LCD将输出内部状态字，将会影响数据总线上的数据传输。所以外接一个反相器。二、软件组成：（一）、流程图主程序流程如图所示：中断服务程序流程图如下：10（2）、软件说明由于涉及到大量数据的运算，程序不宜采用汇编语言，C语言大大缩短了开发时间，且程序可读性非常好。程序中对AD采入的数据进行了数字滤波，进一步减小AD读入数据的误差。7289键盘控制采用中断方式，加快了程序的执行效率。设计体会传感器课程设计结束了，在设计之初并没象想象的那么简单，因为平时总是学的理论，而这次是亲手的动手操作，虽然说很累，但感觉收获却特别大。感谢唐老师的精心指导，我所学的知识得到了很好的应用，非常感谢老师。我学会了很多芯片的原理，虽然我们只用上几个芯片，可我是从很多很多芯片中筛选出来了，因此对很多芯片都有了初步的了解。像89C51等芯片在平常学习时并不清楚它的具体功能，也没想到他们会与我们的生活联系那么密切，通过我这几天的课程设计，我查资料，仔细研究它们的逻辑功能，用途，要求等，终于基本完成了我的秒表设计。这激发了我学习专业知识的兴趣。但同时，由于掌握的知识有限，在设计过程中我遇到一些问题我们暂时还没有能力去解决。我的数字秒便与理想中比较实际的数字秒表还有很大的差距。。因此，我会在以后的学习中，尽可能地扩大自己的知识面，不能仅仅只局限课本，要更加刻苦地努力地去学习专业知识，充分利用图书馆和网络资源，多查多学多练，打好扎实功底，为以后的更好的发展奠定一个坚实的基11础。此次课程设计，我们还发现，理论上的理解，实践中不一定能够完全正确应用，自己的能力还有待一步的锻炼提高。同时经过这次课程设计我们也更懂得了知识的重要性，大科学家培根说的一点都不错“知识就是力量”，通过对知识的灵活运用，再加上恒心、毅力、能够做到许多平时连想都不敢想的东西。通过此次课程设计也更加坚定了我们学好后续课程和温习学过的知识还有利用课余时间拓展自己知识面的决心！参考文献1．《51单片机应用设计》：2．宋文绪、杨帆.《传感器与检测技术》.高等教育出版社，2009：3．单成祥.《传感器理论设计基础及其应用》.国防工业出版社，1999：4．李道华，李玲，朱艳.《传感器电路分析与设计》.武汉大学出版社，2000：5.百度文库：