【正文】 ........................................................ 25 調(diào)試方法和步驟 ...................................................................................................................... 25 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及其解決方法 .................................................................................. 26 調(diào)試結(jié)果 .................................................................................................................................. 26 第 6 章 討論 與展望 ......................................................................................................................... 28 結(jié)論 .......................................................................................................................................... 28 系統(tǒng)需改進的地方 .................................................................................................................. 28 基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 V 致 謝 .................................................................................................................................................. 29 參考文獻 .............................................................................................................................................. 30 附錄 （部分源程序） ......................................................................................................................... 29 基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 1 第 1 章 前言 選擇課題的背景和意義 稱重技術(shù) 自古 歷來都受到 人們 的特別 重視 。 早在 我國 父系氏族社會 的 末期 就 出現(xiàn)了所謂“ 度 、 量 、 衡 ” 的 說法 ， 其中 的 “ 衡 ” 也就是 指測量物體輕重的工具 ， 是以今天我們還 把 稱重工具 稱作“衡器 ” 。 在貿(mào)易 中對貨物交換量的 準確確定必須 要用到稱重器具 ， 最初人們 采用木制 或陶制的容器 作為交換貨物 粗略 的計 量 ，后來出現(xiàn)的 秤 可以 相對 精確 地 測定 物品的 質(zhì)量 。因此 自從人類 文明誕生 之日 起，稱重技術(shù)就和人類的經(jīng)濟社會生活 密切相關(guān) ， 同時 隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步 也 在不斷地革新 。 隨著現(xiàn)代發(fā)貿(mào)易 對稱重器具 要 求 的不斷提高 ，傳統(tǒng)機械式稱重器具 缺點也日漸顯露，比如 精度 不 高 ，工作效率 低 ，不能自動 計價等，尤其 是容易被無良商家利用充當其 作弊的工具。 雖然 這些秤幾經(jīng) 改進 ， 但是 仍然 不能同時 確保 準確性和可靠性 ， 這種狀況直到電子秤的出現(xiàn) 才 發(fā) 生 了改變 。 電子秤由于 大大減少了 純機械部件 的 應(yīng)用， 有效地避免了機械材料個體性差異 帶來 的測量誤差，同時 電子秤 又大量 地運用 現(xiàn)代電子技術(shù) ， 可以實現(xiàn)豐富的功能， 另外科學(xué)友好的 用戶操作界面又兼顧了設(shè)備的 易用 性。 上述 諸多優(yōu)點是以往任何一種傳統(tǒng)的機械式 稱重 器具所不具備的，因此 電子 型的 稱重 器具 得到了 很好的發(fā)展 ， 迅 速 得到了普及，目前已經(jīng)占據(jù)了 衡器 市場的 大部分 份額。 電子稱重 技術(shù)雖然 已經(jīng) 得到了非常好的發(fā)展，但是 目前 的電子 稱重 器具依然有很大的提升空間，另外 人們對 電子秤 各項 性能 的 要求 也在 不斷 地 提高 。 由此 可見， 現(xiàn)今 對于電子稱重技術(shù)的研究還是很有必要 的，現(xiàn)實也 要求我們進一步提升電子稱重工具 的 性能 ，以便于更好地 服務(wù)于 現(xiàn)代 的經(jīng)濟貿(mào)易活動 。 據(jù)此 可以判斷本課題 不僅有一定的理論研究價值，同時 又關(guān)乎人們 日常的生活，也 具有 很強的 實用 價值 。 電子秤的現(xiàn)狀 及未來 的 發(fā)展趨勢 電子秤 從 簡單到復(fù)雜，由 簡陋 到精密 一直在 發(fā)展 。 電子稱重 工具 由 開始 的 機械 式 發(fā)展 到了 機電結(jié)合 式， 最終實現(xiàn)了 完 全 的 電子化， 同時 也 由單一功能 發(fā)展 到 了 多 種 功能 。 上世紀 70年代中期 電阻應(yīng)變式稱重傳感器 在 技術(shù)上 取得 了重大 的 突破 ， 中 國 的 電子秤 工業(yè) 也 隨之 迎來了 空前 的 大 發(fā)展。 國民 生產(chǎn) 的 各 個 部門 出現(xiàn) 了 各種 各樣 的電子 秤 ， 極大地促進了我國工商業(yè)的發(fā)展。 輕紡工業(yè) ，煤炭能源工業(yè) ， 冶金工業(yè) ， 倉儲貨運 部 門 以及 食品 生產(chǎn) 工業(yè) 的 生產(chǎn)過程基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 2 中都要用到各式各樣的 電子 稱重儀器 。此外諸如 商業(yè)貿(mào) 易 領(lǐng)域的稱重 和 計價 ， 電子元 件生產(chǎn)的計數(shù)稱 量 也 同樣不能 缺少 電子稱重裝置 的 。以上 實例也 僅僅是電子秤技術(shù)在國民經(jīng)濟中 使用領(lǐng)域的冰山一角罷了 ， 因為 電子秤 在 生產(chǎn)和生活中 應(yīng)用 的例子 實在是 不勝枚舉。 從 以上 這些例子 說明 電子 稱重 技術(shù) 是非常 重要的，其應(yīng)用范圍也是十分廣泛的 ?？傊?，電子 稱重 技術(shù)在 國民 經(jīng)濟發(fā)展和 社會進步中發(fā)揮著 重要的 作用， 已 經(jīng) 越來越受到 人們 的 重視。 改革開放 以來 ， 伴隨 著 國家 經(jīng)濟體制改革的 進程 ，電子 稱重工業(yè) 的 行業(yè)規(guī)模 ， 技術(shù)能力以及 在 我國 經(jīng)濟中的 作用 ， 已經(jīng) 發(fā)生了 變化 的 巨大，遠非昔 日 可 比。 國家 也 投入了大量的 資金 和人力對 電子秤 行 業(yè)予以 了 大力 的 支持，據(jù) 有關(guān) 方面的 不 完全統(tǒng)計， 到 七五 末期，國家對 電子秤 行 業(yè)的 累計 投資 已經(jīng) 達到了 3 億 多 人民幣， 并動用了 一千 多萬美元 的 外匯 ?？v觀 歷史， 近代以來隨著科技的爆炸式發(fā)展，秤這種古老的計量工具也 發(fā)生 了翻天覆地的巨變， 幾千年 來中國人眼中的 “ 秤 ” 便是 指木桿秤，雖然直至今日這種秤還依然發(fā)揮著作用，但是使用的范圍 已經(jīng) 越來越窄， 現(xiàn)在 的人都普通習(xí)慣使用更加方便和精確的 電子 稱重工具 。 在 二十一 世紀 的今天，人們希望電子秤可以 使用 更加 方便 ，更加智能化，這也就給電子秤 工 業(yè) 提出 了 更高的要求 ?，F(xiàn)代電子 稱重 儀器 往往 需要和 電子計算機 相 組合，電子計算機的引入 ，大大 擴展了 電子稱重儀器的功能， 進 一步擴大 了其使用 范圍 。 未來的 電子稱重工具將會向智能化和多樣化的方向 繼續(xù) 發(fā)展。 通過分析近 些 年來電子衡器 類 產(chǎn)品的發(fā)展 現(xiàn)狀 及國內(nèi)外 用戶 的 使用 需求，電子衡器總的發(fā)展 將 會 趨向于 是 模塊化 ， 小型化 ， 多樣 化 和 智能化 ， 可以 預(yù)見未來 電子 稱重器具 的 應(yīng)用范圍還將繼續(xù)擴大。 設(shè)計的主要任務(wù) STC89C52 單片機 是 本系統(tǒng)的控制核心，除了實現(xiàn)電子秤的 稱重 以及 計價 功能外 ， 系統(tǒng)還將 實現(xiàn) 電子 萬年歷，電子時鐘 ， 電子溫度計 等 功能， 此外還具 有單價輸入，金額自動計算 ， 超量程 自動 報警 等 功能 。此外本 設(shè)計還具有友好的 人機 交互 界面 ，大大 提高 了 設(shè)備的易用性 和 實用 性， 4*4 薄膜 型矩陣 鍵盤 可以供用戶 方便地 輸入 單價 信息 ， 還可以用于 快速準確地校準 電子萬年歷的日期和 時間， LCD1286 點陣式液晶屏，可以直觀地 顯示中文 和 西文字符 ， 進一步 拓展了系統(tǒng)的功能 ，在 稱重模式下 可以清晰 地顯示 待測物體 的質(zhì)量，單價 和 總價， 在萬年歷模式下也可以 清晰 地顯示 年 ， 月 ， 日 ， 星期 的 日期信息和 時 ， 分 以及 秒 ， 溫度等 其他 信息 。 本課題提出了一種基于單片機控制的智能化電子稱重系統(tǒng)，具有很多傳統(tǒng)電子秤所沒 有的新功能，精確度同樣可以做到很高 ， 本設(shè)計 方案 實現(xiàn)了一個功能非常強大 同時又 簡單易用 的電子稱重 系統(tǒng) 。 基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 3 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計 系統(tǒng) 總體構(gòu)想 及其 工作 原理 本 系統(tǒng) 的 控制核心 選用 的 STC89C52RC 單片機 ， 本設(shè)計完成 了 電子秤的 各項 功能， 此外 系統(tǒng) 還擴展了電子萬年歷 以及電子溫度計的功能 。 系統(tǒng)主要由單片機最小系統(tǒng)，稱重傳感器 及其信號處理模塊 ，數(shù)據(jù)輸入 及結(jié)果顯示 界面，時鐘和溫度模塊以及電源模塊等 部分組成 。最小系統(tǒng)主要 由 STC89C52 及其 它 必要的 外圍 電路 組成 ；數(shù)據(jù)采集模塊包括稱重傳感器、信號放大和A/D 模塊，其中 的 信號放大和 A/D轉(zhuǎn)換選取了 海 芯科技的高精度 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 HX711，這種 芯片是專為電子秤 量身打造的 。 4*4 薄膜 型矩陣 鍵盤和 LCD12864 液晶組成 人機交互界面 ，可以 快捷 地輸入數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)； 時鐘 模塊選用的 是 常用 的 時鐘芯片 DS1302；溫度采集模塊此處選擇 的是 集成 數(shù)字型溫度傳感器 DS18B20。本系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單、功能 多 、易于使用，系統(tǒng)有一定 的 理論 研究 價值和 實際應(yīng)用 價值。 系統(tǒng) 設(shè)計的總體框圖如圖 21 所示 ： 圖 平行 梁式 稱重傳感器 STC89C52RC 單片機（主控 芯片） 單片機 控制模塊 數(shù)據(jù)采集 部分 點陣式 12864型的 LCD O 4*4 矩陣鍵盤 人機交互界面 電子稱專用高精度高增益 24位 A/D轉(zhuǎn)換芯片 HX711 時鐘模塊 DS1302 芯片 擴展的時鐘模塊 聲光 報警模塊 溫度 模塊 DS18B20 芯片 圖 21系統(tǒng) 的總體框圖 基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 4 系統(tǒng)方案的確定 本 系統(tǒng)基本 的 設(shè)計思路是 STC89C52 單片機 作為 整個 系統(tǒng)的控制 器 ， 以 電阻應(yīng)變片式 的平行 梁式壓力傳感器為最基本的 信號 采集器件，配合 AD 轉(zhuǎn)換模塊，時鐘模塊 和 溫度傳感器， 薄膜 鍵盤， 液晶顯示 屏 等 外 圍 器件，實現(xiàn)系統(tǒng)方案要求的各項功能。 其中 核心 的 控制系統(tǒng) 是 51系列 的 STC89C52 單片機，考慮到系統(tǒng)需要 單片機 去控制 大量的外圍 元器件 ， 因此 不宜采用 CPLD 或 FPGA 等 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?。（ 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?狀態(tài)機 的 工作 方式 不太 適合本系統(tǒng) 規(guī)律 性 不強 的 多 狀態(tài)轉(zhuǎn)換 環(huán)境 。本設(shè)計 狀態(tài)較多， 實現(xiàn) 難度較大。）另外 本 系統(tǒng) 除 要求實現(xiàn)基本功能外， 沒有 提出其它特殊的要求，所以 最終選擇了 STC89C52這種非常 常用且廉價的 單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計。 稱重 傳感部分 選用 的 是 電阻應(yīng)變式平行 梁 壓力傳感器 。 它的 內(nèi)部 核心 部分是 電橋， 待測物的重力作用會使 彈性體產(chǎn)生 一定范圍 內(nèi)可恢復(fù)的彈性 形變 ， 不 同的 電阻應(yīng)變片（ 機械信號 和電信號的 轉(zhuǎn)換元件） 會 受到拉伸或壓縮 也隨之產(chǎn)生形變 ，它 們 的阻值 也會 發(fā)生 相應(yīng) 的 變 化，從而使 原本 處于 平衡 狀態(tài)的 惠更斯 電橋 進入 非 平衡 狀態(tài) ， 在 傳感器的輸出端將會有 差動信號 輸出 ，經(jīng)過 后 級 電路 的 處理 ， 可以到得待測物的實際質(zhì)量 。傳感器 的 示意圖 如圖 22所示。 圖 22傳感器的 示意圖 當垂直 于 傳感器 受力面的 正 向 壓力 P作用于梁上時，梁 將 產(chǎn)生形變， 隨之 電阻應(yīng)變片 RR2 受 到 壓 力 拉伸，阻值 相應(yīng) 增加； R R4 受 到 壓縮，阻值 相應(yīng) 減小。電橋 隨之進入不 平衡 狀態(tài) ， 電橋?qū)?輸出相應(yīng)的 電壓，電壓 的 大小 與作用與傳感器上的 重力 成正比 關(guān)系 ，從而將非電量轉(zhuǎn)化成 了電信號 輸出。 A/D 轉(zhuǎn)換 以及信號 處 理部分 此處 選 用 了 海芯 科技 的 HX711 專用芯片。 HX711 是一款專 門 為高精度電子秤而 量身打造 的 24位 A/D。 HX711 內(nèi)部 已經(jīng) 集成了 時鐘振蕩器 ， 穩(wěn)壓電源 。因此采用