智能电子秤的设计

天津天狮学院毕业实践报告题目：智能电子秤的设计二级学院电子与计算机学院专业08级通信技术学生姓名戴晓辰指导教师李建娜2011年05月31日摘要智能电子秤主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。该电子秤不但计量准确、快速方便，更重要的是除了能实现自动称重、计价功能外，还可实现去皮、净/毛转，自动计算，数字显示等功能，受到广大用户欢迎。智能电子称由于携带方便，使用简单，对人们生活的影响越来越大。关键词：电子秤，称重传感器。AbstractIntelligentelectronicbalancevaluesdetectionandthemodernnew-typenamesoftechnicalcomprehensiveonebodysuchasconversiontechnical.Thissystemaimsatistheautomaticnameofelectronicnameheavy,automaticvaluationanddatahandlingcarryoutresearch.itistohowtocarryouthandlingforsamplingdata,isforthecollectionofdataandconversionandcalculationproblemhasstudied.Havediscussedthesuspensionofthekeyinsingleflatmachinecontrolsystem,calculateproblem,showasaresultthatthroughsoftwaredesign,realizationisperfectedmore.Thistextisweighingthefoundationofhardwaredesigntointelligentelectron,hasanalysedthesoftwarecontrolmethodofelectronicnameindetail.Sincetheelectronofsingleflatmachinecontrolweighsstructure,issimple,costischeap,receivedeeplypeoplelike.Keywords:Intelligenceelectronicweighing;weighingsensor目录一、绪论...............................................................1二、智能电子秤的工作原理...............................................12.1智能电子秤性能................................................-1-2.2工作原理..........................................................12.3基本结构..........................................................2三、智能电子秤的硬件设计...............................................23.1信号采集电路......................................................23.2单片机控制系统....................................................53.3键盘显示接口电路..................................................5四、智能电子秤的软件设计...............................................64.1主程序设计........................................................64.1.1主程序工作原理...............................................64.1.3主程序流程框图................................................74.2A/D转换结果处理程序.............................................74.2.1A/D转换过程.................................................94.2.2程序.........................................................104.3键盘与显示处理程序...............................................124.3.1程序原理................................................-12-4.3.2键盘模块.................................................-14-4.3.3显示模块.................................................-16-结论............................................................-18-参考文献...........................................................21-1-一、绪论随着科学技术和经济的发展，出售商品品种的增加，需要称量物品的设备也需要更新换代，人们对称重装置的要求也越，电子称重装置推广，从而进入到传感器，电子学和微处理机领域、使得称重装置变成为电子仪器。它的特点是：精确、智能、方便、明了、可靠，克服了传统的杆秤、盘秤不精确、速度慢、不能计价、易作弊等缺点，在商业领域应用越来越多。本系统是针对自动称重、计算价格进行了研究的。讲述了用单片机控制A/D转换、键盘输入和数据显示，对如何实现键盘中断、A/D采样进行研究。着重讨论了数据处理问题，结果表明利用软件实现一系列功能使的性能价格比达最优。设计特别适用于测量精度要求较高的场合,具有较高的实用价值和推广价值。二、智能电子秤的工作原理2.1智能电子秤性能（1）电子称重仪表必须具有清零、去皮重．净／毛转换．分度数设定、最大称量设定．分度值设定．零中心指示、自动累计、欠电压指示等功能。（2）最大秤重10Kg（3）采用4位半共阴（或共阳）12.5mm红色LED显示，精确到小数点后2位数，（4）有自动计算价格的功能（键盘输入），（5）使用电阻应变片“电桥”采样输入。2.2工作原理根据智能电子秤的性能及技术要求，选择89C52单片机为核心，组成称量系统。系统主要有89C52单片机、A/D转换器、键盘/显示电路、传感器、放大电路、锁存器、等组成。当商品放到秤盘上时，秤盘下的重量电阻应变式传感器产生一电信号，信号的强弱随商品重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，送入A/D转换芯片进行模数-2-转换，转换后的数字量与物重成正比，再进入89C52单片机经过数据处理，89C52单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。另一方面，商品单价通过键盘扫描电路送入89C52单片机，经过数据处理，送至显示电路显示出商品单价。物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。2.3基本结构该系统采用应变片式传感器进行测量，得出模拟信号；再进行放大和模数转换，然后送入单片机行处理。由A/D接口模块、主机接口模块、键盘与显示模块组成。（如图2-1所示）称重传感器前置放大器模数转换器单片机接口键盘盘显示器图2-1系统框图信号采集部分：利用称重传感器获取外部重量信息；信号放大部分；模数转换部分：利用A/D转换器把输入的模拟信号转换成数字信号以送到单片机进行处理；单片机控制部分：单片机是中央控制系统，它接受外部送进的各种数据和控制信息，通过运算和处理，然后送到外部以实现显示等需要；人机接口部分：人机联系部件有键盘、显示器等，这些部件同主机电路的连接是由人机接口电路来完成的。人机接口技术是智能仪表和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一。三、智能电子秤的硬件设计3.1信号采集电路（1）要达到设计的性能要求，传感器[1]的精度起着决定性作用。本设计选用应用于称重系统90％以上的高精度电阻应变式传感器。电阻应变传感器是将被测量的力通过它所产生的金属弹性变形转换成电阻变化的敏感元件。题目要求称重范围10Kg，重量误差不大于+0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重即10KG。我们选择的是L-PSIII型传感器，-3-量程20Kg，精度为0.01%，满量程时误差0.002Kg。可以满足本系统的精度要求。本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路（见图3-1），用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路[2]。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。电阻的变化使桥式测量电路的输出电压发生变化。即输出电压的变化反映出重力的变化。电桥的输出电压可由下式表示：上式说明电桥的输出电压V和四个桥臂的应变片感受的应变量的代数和成正比。RdRaRcRbResBridgeEinEout图3-1桥式测量电路（2）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。我们考虑可以采用专用仪表放大器INA128此芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。放大器增益，通过改变Rg的大小来改变放大器的增益。INA128构成的放大器及滤波电路如图3-2示：图3-2INA128构成的放大器及滤波电路-4-通过调节Rg的阻值来改变放大倍数。微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从INA128的第6脚输出。A/D转换器ICL7109的输入电压变化范围是-10V～+10V，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500～600左右。由于ICL7109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）经过放大电路的信号是模拟信号即模拟量，需要把它变成数字量才能送入单片机控制系统受理，所以需要有A/D转换电路。由对传感器量程和精度的分析可知，A/D转换器误差应在0.03%以下：8位A/D精度：10Kg/256=39.06克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,8位A/D无法满足系统精度要求。作为一般小商品称重需求，我们只需要选择12位的A/D转换器就可以了。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12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ICL7109[3]。ICL7109输出12位二进制码，且与微处理器有较好的兼容性，可与89C52直接相连，接口原理图见图3-3。图3-3接口原理图-5-图中MODE端接地，7109工作于直接输出工作方式。RUN/HOLD接+5V，以使7109连续转换。STATU