【正文】 cales； MCU； weighing sensor； HX711 上海海洋大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的高精度電子秤設(shè)計 第 3 頁 共 33 頁 緒論 稱重技術(shù)和稱重儀器的歷史發(fā)展 稱重技術(shù)自古以來就受到 全世界各地區(qū) 人們的 重視。在古代由于沒有完善的稱重技術(shù)， 導(dǎo)致在商品貿(mào)易進(jìn)行時沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在各行各業(yè)的勞動生產(chǎn)過程中也達(dá)不到一個固定的精確度，從而制約了生產(chǎn)力的發(fā)展?，F(xiàn)在稱重技術(shù)已經(jīng)成為了 一種計量手段 被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、交通、科研等各個領(lǐng)域，與我們 的 日常 生活緊密 相連。 電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是 關(guān)系到 國計民生、國防建設(shè)、科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易 等等領(lǐng)域所不可缺少的計量設(shè)備。通常， 衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將 會 直接影響到 各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟(jì)效益的提高。 電子秤的發(fā)展過程 經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜，由粗糙到精密、 再 由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合 、最后 到全電子化、由單一功能到多功能的過程。 尤其 是近 30 年以來，工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等工作，都 已 離不開 電子秤 。這是由于 電子秤 不僅能給出質(zhì)量或重量 的 信號，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個 檢測和控制 的 單元，從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動化和合理化。 近年來，電子秤已愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)處理和過程控制中?，F(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝技術(shù)、儲運(yùn)技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可缺少的組成部分。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了 基礎(chǔ) ，國外如美國、西歐等一些國家在 2 0 世紀(jì) 6 0 年代就出現(xiàn)了 0 .1%稱量準(zhǔn)確度的電子秤，并在 7 0 年代中期約對 75%的機(jī)械秤進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式的電子化改造。 稱重裝置不僅 是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個組成部 分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn) 和 管理 過程中的自動化以及 現(xiàn)代化 。稱重裝置能夠 縮短作業(yè) 的 時間、 能夠 改善操作 的 條件、 還能夠 降低 生產(chǎn) 材料的消耗 以及能產(chǎn)能源的浪費 、提高產(chǎn)品質(zhì)量 的同時 加 強(qiáng)企業(yè)的經(jīng)營管理。稱重裝置的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，幾乎涵蓋了 國 民經(jīng)濟(jì) 的 各領(lǐng)域， 并且 取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 因此，稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國都非常重視。 在 50 年代中期 ， 電子技術(shù) 被應(yīng)用于推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。 60 年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電 子衡器以來，到現(xiàn)在的 40 多年 里 ， 電子衡器有了很大的改變。 最初 ，我國的 的 電子衡器以 機(jī)電結(jié)合型 為主，現(xiàn)如今已經(jīng)被 全電 子型和數(shù)字智能型 的衡器所取代 。 如今 電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用 有了 新 的 發(fā)展 趨勢 。電子稱重技術(shù) 更注重動態(tài)稱重，而非 靜態(tài)稱重：計量方法 也趨向于 數(shù)字測量 ，而非模擬測量；測量特點也是向 多參數(shù)測量發(fā)展， 取代單參數(shù)測量。 快速稱重和動態(tài)稱重 更是成為了 研究與應(yīng)用 的重點 。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能上海海洋大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的高精度電子秤設(shè)計 第 4 頁 共 33 頁 化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。 電 子秤的組成 電子秤的基本結(jié)構(gòu) 電子秤是利用物體的重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）的測量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、或特性。不管根據(jù)什么原理制成的電了秤均由以下三部分組成： （ 1） 承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) 它是被稱物體與轉(zhuǎn)換元件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。 （ 2） 稱重傳感器 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計量求值的信號所用的一種輔助手段。 按照稱重傳感 器的結(jié)構(gòu)型式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、盧表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。 對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要?。荒茉谳^差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。 (3) 測量顯示和數(shù)據(jù)輸出的載荷測量裝置 即處理稱重傳感器信號的電子線路（包括放人器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗元件、保護(hù)線路等）和指示部件（如 顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。 電子秤的工作原理 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺上時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力一電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系（一般成正比關(guān)系）的電信號（電壓或電流等）。此信號由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模／數(shù) ( A/D)器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號再送到微處器的 CPU 處理， CPU 不斷掃描鍵盤和各功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤 輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時，上海海洋大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的高精度電子秤設(shè)計 第 5 頁 共 33 頁 CPU 發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般地信號的放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換以及信號各種運(yùn)算處理都在儀表中完成。 電子秤的計量性能 電子秤的計量性能涉及的主要技術(shù)指標(biāo)有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級等。 (1) 量程：電子衡器的最大稱量 Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。 (2) 分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用 e 或 d 來表 示。 (3) 分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用 n 表示。 電子衡器的最大稱量 Max 可以用總分度數(shù) n 與分度值 d 的乘積來表示，即 Max=n d (4) 準(zhǔn)確度等級 ： 國際法制計量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成 T、 II、 III、Ⅳ四類等級，分別對應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù) n 的范圍，如 表 11 所示： 表 11 不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù) 本論文研究主要內(nèi)容 基本內(nèi)容 設(shè)計 并制作一款基于單片機(jī)的電子秤重系統(tǒng) 。 具體要求 本課題研究的內(nèi)容是以單片機(jī) AT89S52 為控制核心，實現(xiàn)電子秤的基本策略及價格計算功能。本課題在電子稱的基本功能基礎(chǔ)上擴(kuò)展了電子日歷及時鐘功能。該系統(tǒng)可以分為單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人機(jī)交互界面系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、時鐘 五 大部分組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)部分主要包括AT89S52 和經(jīng)典復(fù)位電路；數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器、信號放大和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成，信號放大和 A/D 轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度 24 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 實現(xiàn)；人機(jī)交互界面為鍵盤輸入和點陣式液晶顯示，主要使用 4*4 矩陣鍵盤和 1602 液晶顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示數(shù)標(biāo)志及等級 電子秤分類 分度數(shù)范圍 特種準(zhǔn)確度 基準(zhǔn)衡器 n 100000 高準(zhǔn)確度 精密衡器 10000 n≤ 100000 中準(zhǔn)確度 商業(yè)衡器 1000 n≤ 10000 普通準(zhǔn)確度 粗衡器 100n≤ 1000 上海海洋大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的高精度電子秤設(shè)計 第 6 頁 共 33 頁 據(jù)。 本課題的主要設(shè)計任務(wù)如下所述： 1）系統(tǒng)可實現(xiàn)電子稱基本的稱重功能（稱重范圍為 0～ 5Kg，重量誤差不大于177。 ）； 2）系統(tǒng)應(yīng)具備輸入單價，計算總價的功能； 2 高精度電子秤系統(tǒng)方案設(shè)計 系統(tǒng)方案設(shè)計 按照本設(shè)計功能的要求，系統(tǒng)由 6 個部分組成： 數(shù)據(jù)采集 、 調(diào)理電路 、 電源 、 單片機(jī) 、 按鍵 和顯示器部分組成 ，系統(tǒng)設(shè)計 總體方案框圖如 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)總設(shè)計框圖 數(shù)據(jù)采集部分將物體的重量轉(zhuǎn)換成電信號輸送至調(diào)離電路； 調(diào)離電路負(fù)責(zé) 前端信號，選用放大、信號轉(zhuǎn)換等措施 來增加信號采集強(qiáng)度； 鍵盤輸入裝置增加 了 外界對單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定， 使電子稱實現(xiàn)稱重計價的功能； 顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的 LCD 顯示器。 這樣 不僅 能 加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計要求，可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容 ，當(dāng)需要增加擴(kuò)展功能時可以通過切換液晶顯示界面的方式來實現(xiàn) 。 數(shù)據(jù)采集 調(diào)理電路 單片機(jī) 電源 顯示 器 按鍵 上海海洋大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的高精度電子秤設(shè)計 第 7 頁 共 33 頁 控制器選型 按照本畢業(yè)設(shè)計 的要求，將采用 AT89S52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的 主 控制器。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器 技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許 程序存儲器 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 AT89S52 管腳說明 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器 ，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 圖 22 AT89S52 引腳圖 DIP 封裝 Flash 存儲器 。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器 技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash 允許 程序存儲器 在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下 標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器 ，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工 串行口 ， 片內(nèi)晶振及 時鐘電路 。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時器 /計數(shù)器 、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī) 一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口 。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 TTL 邏 輯電平。對 P0 端口寫 “1”時， 引腳 用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部 程序 和數(shù)據(jù) 存儲器 時， P0 口 也被作為上海海洋大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于單片機(jī)的高精度電子秤設(shè)計 第 8 頁 共 33 頁 低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 不具有內(nèi)部上拉電阻。 在