简易数字电子秤设计

1/311/31数字电子秤摘要本课程设计制作的电子称以89c52单片机为控制器，利用电阻应变式称重传感器的全桥式称重原理，及通过受力改变内部应变片的阻值使，电路的输出电压与传感器所受压力成线性关系，建立相应的数学模型。设计思路为将传感器所测得的电压值进行模数转换，并将此转换数值与具体重量相对应，再将最终数值通过1602液晶屏显示。由于此称重传感器在受压时形变量小，使输出电压信号十分微弱，于是本设计采用运放连接成差分放大电路将其微弱的信号进行放大处理，再通过AD0809将此模拟量转化为数字量，输送给单片机，由单片机来控制其重量的显示。关键词：89c52，全桥式称重传感器，AD0809。TheDigitalElectronicScaleAbstract：Thedesignofdigitalelectronicscaleusesthechip89c52asitsmonitor,andsetsupthemathematicalmodelthatbasestheprinciplesofFullBridgesystemweighingsensor,whosecharacteristicistheoutputvoltagechangeislinearitywiththepressureonthefoilgage.Thedesignthoughtismakingtheanalogoutputofvoltageintodigitalquantity,thenmakeitmatchwiththeweightspecific,finallydisplaythedatathroughthe1602LCD.Asthechangeoftheresistancevalueonfoilgageisverysmallsoastheoriginaloutputvoltage,sousestheoperationalamplifiertoamplifythesignalandtheninputtotheAD0809chiptotransformitintodigitalquantity,whichfinallyinputtedinto89c52microcontroller,andthe89c52microcontroller’staskismanipulatingthedateandmakingtheLCDdisplaythenumber.Keywords：89c52microprocessor,semi-bridgesystemweighingsensor,AD0809chip.2/312/31目录1．系统设计.....................................................................................31.1设计要求..............................................................................31.2总体设计方案......................................................................31.2.1设计思路.....................................................................31.2.2方案论证与比较.........................................................31.2.3模块组成.....................................................................52．硬件电路设计.............................................................................62.1模拟信号处理部分..............................................................62.1.1信号采集部分...........................................................62.1.2信号的放大处理.......................................................72.2模数转换..............................................................................102.3数字信号的处理部分..........................................................112.3.1单片机控制LCD显示...........................................123．软件设计...................................................................................144．系统测试.......................................................................................154.1测试使用的仪器及工具......................................................154.2指标测试及测试结果..........................................................154.3结果分析..............................................................................155．结论...............................................................................................16参考文献.............................................................................................17附录1．元器件清单:........................................................................18附录二电路原理图及印制板图.......................................................191．信号放大部分电路原理图及PCB图...................................192．信号处理部分电路原理图及PCB图.................................21附录三程序清单...............................................................................253/313/311．系统设计1.1设计要求设计制作一个电子称的电路，称重范围分为三档，0-1.999kg、0-19.99kg、0-199.9kg。用三位半数字表头显示称重结果。具有量程自动转换功能。1.2总体设计方案1.2.1设计思路应变式称重传感器是将电阻的变化转化为电压变化，但电阻因受力变化很小，使传感器输出的信号较小，需要先进行放大处理，并且输出的信号是电压量，为模拟信号，而单片机能处理的信号是数字信号，因此需先将信号进行模数转换再输入单片机中进行处理并控制1602LCD显示其重量。1.2.2方案论证与比较（一）控制部分的方案论证与选择方案一：采用89C52作为控制核心。51单片机具有主频12M,三十二个I/O引脚，8Kflash程序存储空间，256byteRAM,三个定时、计数器，五个中断源，且价格低廉，C语言程序编写容易，控制方便。方案二：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高。由于其集成度高，使其成本偏高，同时其芯片引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案三：采用ARM7芯片LPC2148，具有512Kflash程序存储空间、主频达48M、三个定时器、四个外部中断、内部RTC、采用三级流水线模式运行程序，拥有I2C、SPI、UART等通信接口。同时其芯片引脚也较多，不便控制。且价格较贵。方案选择：本系统可以采取89C52、FPGA、ARM三种控制器。ARM比89C51单片机具有更强大的控制功能、更快的运行速度，可更快捷地进行高精度的测量，但本设计运行速度要求不高，89C52就能满足所需要的功能。因此综合考虑选择89C52作为控制部件。（二）模数转换及显示部分的方案论证与选择方案一：将放大后的信号输入A/D转换芯片TCL2573进行A/D转换，由于此芯片可直接用于数字显示，故转换后的数字量直接用数码显示器进行显示。此方案的优点是外部电路非常简单，能实现较高的精度。缺点是无法对A/D转换进行控制。其方案图如图1.1。4/314/31图1.1方案一方框图方案二：将放大后的信号输入到AD0809进行模数转换，再将得到的数字信号送至单片机进行处理并送入液晶显示。此方案的优点是可控制性好，可通过软件的编程实现换挡，电路简单，液晶的硬件电路也比数码管的简单，且技术领先于数码管，可显示的内容也比数码管多。采用单片机对数据稍加处理，能通过软件在一定程度上弥补与调试硬件所无法避免的数据抖动，使最终所测得的数据更可靠、参考性更强，而且价格也不贵。其方案图如图1.2。图1.2方案二方框图基于AD0809的模数转换单片机液晶屏显示换挡控制基于TCL2573的AD转换数码管显示5/315/311.2.3模块组成本设计模块主要分为三个部分，信号采集放大部分与模数转换和信号的处理显示部分。其中信号采集部分主要是运算放大器对信号的放大，数据处理及显示部分主要是用AD进行对模拟数据的转换及用液晶对数据的显示。其模块方框图如图1.3图1.3模块框图称重传感器信号采集放大模数转换单片机控制液晶屏显示6/316/312．硬件电路设计2.1模拟信号处理部分2.1.1信号采集部分电阻应变式传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当的方式组成电桥的一种将力（重量）转换成电信号的传感器。电阻应变式称重传感器包括两个主要部分，一个是弹性敏感元件：利用它将被测的重量转化为弹性体的应变值；另一个是电阻应变计：它作为传感元件将弹性体的应变同步的转换为电阻的变化。电阻应变片的电阻变化率大约在10e-6到10e-2数量级之间。这样小的电阻变化用一般测量电阻的仪表很难测出，必须用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转变成电压或电流的变化，才能用二次仪表显示出来，在电阻应变式称重传感器中，通过桥式电路将电阻的变化转换为电压的变化，电阻应变式称重传感器的原理框图如图2.1载荷P应变x电阻变化输出图2.1电阻应变式称重传感器的原理框图因为单个称重传感器的量程是50KG，如果要达到设计要求，就要用四个称重传感器构成全桥测量，其连接后的电路等效图见图2.2敏感元件应变片测量电桥7/317/31图2.2称重传感器全桥式连接上图中，B传感器红色引线接电源正，D传感器红色引线接电源负，为此传感器提供工作电源。A传感器红色引线输出正信号，B传感器红色引线输出负信号。作为原始输出信号。2.1.2信号的放大处理鉴于用示波器测得称重传感器输出电压信号非常小，为毫伏级，不便于处理，需加外部放大电路来获得足够的增益，综合考虑一些常用运放电路的特点，差动放大电路具有输入