第七届校竞赛设计报告书(数字电子秤)

高精度数字电子秤摘要：本系统采用LHD001全桥式称重传感器为数据采集核心，采集信号经过小信号放大器处理放大后，经过AD转换器将模拟量转换为数字量后送入STC89C52进行数据处理，再由LCD1602进行数据显示。该系统由电源部分，数据采集及处理部分，AD转换部分，键盘部分和显示部分组成。并且附加DS1302（时钟芯片）和DS18B20（温度传感器），在称重的同时可以切换功能，查看时间和温度。该系统达到了预期指标，称重范围0—8KG，精度0.001KG。可以输入单价，计算总价。关键词：称重传感器时钟温度Abstract:ThesystemUSESthewholebridgetypeweighingtransducerLHD001fordataacquisitioncore,smallsignalamplifiercollectedsignalafterhandlingamplification,afterADconverterforthedigitalquantityanalogconversionafterSTC89C52carriesonthedataprocessing,sentbyLCD1602datashowagain.Thissystemconsistsofpowersupplyparts,dataacquisitionandprocessingparts,ADtransformpart,keyboardpartsanddisplayparts.AndadditionalDS1302(clockchip)andDS18B20(temperaturesensor),inthemeanwhilecanswitchfunction,weighing,tocheckthetimeandtemperature.Thesystemisuptotheexpectationsindex,weighingrange0-8KG,precision0.001KG.Caninputunitprice,calculatingtotalprice.Keywords：WeighingtransducerClockTemperature-2-1.前言传感器作为一个重要的领域，逐步在人们的生活中有发挥着重要的作用。传感器有广阔的应用范围，无论是航天、航海、工业生产、科技研发或者是各种事业单位都可以发现它们的身影。它们的身影可以说是渗透了人们生活的每一个方面。掌握好传感器的应用并且将来能在原有的基础上推出出新，做到更好更准确更稳定的控制成为一个值得深入研究的问题了。而现在现实生活要做好这些控制，一般采用性能更好元件。如此而来本系统试图通过采用普通元器件，侧重在系统原理和元件的合理选取上下功夫，合理布局和布线PCB，使电源纹波小，AD采集精确，做到分辨率高，在实际生活中具有很高的现实意义。就大大提高成本，缺乏市场竞争力。所以研究一个低成本高分辨率的电子称是有意义。当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器。转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。CPU根据键盘命令以及程序将这种结果输出到显示器。直至显示这种结果。电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置，才能满足并解决现实生活中提出的快速、准确、连续、自动称量要求，同时有效地消除人为误差，使之更符合法制计量管理和工业生产过程控制的应用要求。-3-2.方案论证与比较2.1方案例举方案一：称重传感器小信号放大器UA741AD转换器ADC0832STC89C5216位矩阵键盘LCD128647812和7912组成的双电源7805单电源18B20和DS1302-4-方案二：方案三：2.2方案论证与比较电源部分用7905和7805组成的双电源电路简单，价格便宜，但纹波较大，称重传感器小信号放大器OP07AD转换器ICL7135STC89C5216位矩阵键盘LCD16027805和7906组成的双电源18B20和DS1302称重传感器小信号放大器OP07AD转换器ADS8344STC89C5216位矩阵键盘LCD128645干电池18B20和DS1302-5-会影响AD转换的精度。采用干电池五电源电路，价格便宜，五纹波，并且可以移动（无电源线），但电量很小，不耐用，如果采用充电电池，价格高，充电不方便。小信号放大电路的放大器采用UA741，价格便宜，能够满足普通信号的放大，稳定，但需要12V电源，与单片机和其他数字电路所用的5V电源不同，要设计双电源。采用OP07，价格稍贵，性能和741相差无几，但只需5V电源，所以不用设计双电源，成本降低。AD转换器采用ADC0832，价格便宜，电路简单，但精度很低，无法对应称重传感器的高分辨率。采用ADS8344，速度快、精度高、有差分式通道数据转换受外界干扰少。但是成本特别高。采用ICl7135，价格便宜，精度等同于14位AD转换器，但电路设计特别复杂，不易绘制PCB。显示部分采用LCD12864，能显示中文，显示功能强大，体积大，但价格高，程序复杂，影响单片机速度。采用LCD1602，电路简单，程序易编写，不能显示中文，体积小，价格便宜，等同于12864的四分之一。综上所述，比较各方案的电路设计和成本计算，最后采用方案三，虽然部分电路达不到方案一和二、但价格最便宜，能够满足该系统设计的需要。-6-3.理论分析与计算3.1性能指标与实现功能1：称重范围：0-8Kg,分辨率：0.001Kg2:能手动输入单价，自动显示重量、单价、总金额。3：能够切换功能显示温度，温度显示为室温，精度0.07摄氏度4：能够切换功能显示时间，断电时间仍运行，可以手动更改时间5：系统稳定、可靠性高。6：系统要求考虑成本，成本尽量低。3.2理论分析1：所采用的称重传感器精度为0.2g，即为量程的0.002%。传感器外加电压为5V，所以传感器输出电压的精度为0.1MV，范围在0到0.002V之间，需要用小信号放大器将信号放大到AD转换器所需的电压等级。2：AD转换器采用ICl7135，其转换等级等同于14位AD，既有20000个等级，转换时间为0.33s/次，输入电压需在0到2v之间变化。3：根据ICL7135和称重传感器的特点，将小信号放大器的放大倍数调制为1000倍。4：温度传感器选用DS1302，可以设备用电源，掉电情况下可以启用备用电源而不会导致时间停走。5：温度传感器选用DS18B20，精度为0.0625摄氏度，温度显示范围为-55到+125摄氏度，已经达到检测室温要求。6：单片机选用STC89C52，带8K字节程序存储空间，512字节数据存储空间，内带2K字节EEPROM存储空间，可以满足该系统的需要。7：显示部分用LCD1602，能够显示双行16*2个字符，可以满足该系统的需要。8：以上理论分析均以在满足要求指标的情况下以低成本作为首要目的。-7-4.系统单元模块设计4.1电源部分采用7805和7905做+-5V电源，采用电池做为备用电池。电路如下：4.2数据采集放大部分采用压力传感器做为数据采集的核心，通过仪用运放OP07将信号放大2000倍。电路图如下：-8-4.3AD转换部分采用ICL7135作为采样AD，ICI-7135是421位双积分A/D转换芯片,可以转换输出±20000个数字量,有STB选通控制的BCD码输出,与微机接口十分方便。ICL7135具有精度高(相当于14位A/D转换),价格低的优点。其转换速度与时钟频率相关,每个转换周期均有：自校准(调零)、正向积分(被测模拟电压积分)、反向积分(基准电压积分)和过零检测四个阶段组成,其中自校准时间为10001个脉冲,正向积分时间为10000个脉冲,反向积分直至电压到零为止(最大不超过20001个脉冲)。故设计者可以采用从正向积分开始计数脉冲个数,到反向积分为零时停止计数。将计数的脉冲个数减10000,即得到对应的模拟量。图4给出了ICL7135时序,由图可见,当BUSY变高时开始正向积分,反向积分到零时BUSY变低,所以BUSY可以用于控制计数器的启动／停止.电路图如下：-9-4.4数据处理部分采用STC89C52做为数据处理的核心，电路图如下:4.5键盘与显示部分采用矩阵键盘和功能按键作为数据输入，采用LCD1602进行数据显示，电路图如下：4.6附加功能部分-10-本系统除了实现原有要求功能而外，还实现了温度和时间的显示。温度采用DS18B20进行温度采集，时间运用DS1302时钟芯片。在程序上灵活处理称重和时间的切换显示。电路如下：-11-5.软件设计软件流程：主要程序参看附录二。开机，初始化进入称重功能温度显示功能显示时钟判断E值E=0E=1E=2判断E值E=1E=2E=0进入称重功能-12-6.系统测试6.1测试仪器序号类型型号序号类型型号1示波器DS1062C42万用表DT9205536.2测试数据1：单片机ALE脚输出频率1.8Mhz，分频器8分频后检测为230KHz。2：称重传感器输出电压检测为0到0.002V之间。3：小信号放大器放大倍数1026倍左右。4：ICl7135的2脚调试后检测为1.02V。5：DS1302的备用电源为3.25V。6：LCD1602显示正常。7：电源部分正端电压5.04V，负端为4.96V。6.3数据图表1kg2kg3kg4kg5kg6kg7kg8kg9kg1kg3kg5kg7kg9kg测量值真实值试值与真值-13-7．结论本系统重在采用压力传感器采样重量、读取DS18B20温度信号、读取DS1302时间信号。实现了预期的要求，并且新增加了温度和时间的显示。在系统的设计过程中，力求硬件电路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，并最大限度挖掘单片机的资源，来满足系统设计要求。本系统设计过程中高度重视了系统的成本，PCB布线过程中的抗干扰问题。同时，在编写程序过程中重点关注了程序书写规范，简洁，清晰，易读。系统稳定，并且工作可靠，精度高。-14-8.参考文献［1］张毅刚，彭喜元.单片机原理及应用［M].北京:高等教育出版社，2003年12月第一版.［1］徐科军，马修水.传感器与检测技术［M].北京:电子工业出版社，2008年2月第一版.［1］程鹏.自动控制原理［M].北京:电子工业出版社，2006年7月第一版.-15-附录一、相关设计图-16-附录二、相关设计程序/******************************主程序******************************/#includereg52.h#include18b20.h#includekaiji.h#includeds1302.h#includeicl7135.h#includejianpansm.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitaa=P2^7;sbitbb=P2^6;uinte;voidmain(){aa=0;EA=1;bb=1;EX0=1;//TCON=0x01;kaiji();while(1){if(e==2){shijian();}if(e==1){wendu();}if(e==0){icl7135();}}}/*voidexter0()interrupt0{e++;-17-delay(200);if(e==3){e=0;}}*//*-------------------------------------------------89c52.H---------------------------------------------------*/#ifndef_89c52_H#define_89c52_H#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharexterninte;voidexter0();#