【正文】 ..................................... 46 致 謝 ...................................................................... 48 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................. 49 附錄 A：原理圖 ............................................................... 50 附錄 B： PCB 板圖 ............................................................. 51 附錄 C：程序工程截圖 ......................................................... 52 附錄 D：電子秤實(shí)物圖 ......................................................... 53 多功能電子秤 1 第一章 緒 論 引言 質(zhì)量是測(cè)量領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)，稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視。秤是最普遍、最普及的計(jì)量設(shè)備，電子秤取代機(jī)械秤是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。低成本、高智能化的電子秤無疑具有極其廣 闊的市場(chǎng)前景。 如今，電子產(chǎn)品變得 越來越豐富，給人們帶來了很多很多的方便，其中電子秤成了人們生活中不可缺少的一部分。大大小小的市場(chǎng)電子秤能夠完成許多工作，為人們節(jié)省了時(shí)間，提高了工作效率。 電子秤不但能 很精確的稱出商品的重量，還能去除皮重， 累計(jì)所稱物品重量，輸入物品單價(jià)可快速的計(jì)算出金額，可以說非常的智能化，而且非常的精確。由此， 顧客在購(gòu)物的時(shí)候非常的放心，商家的效益也提高了，所以有了電子秤，顧客買的放心，商家也賣的開心了。 本設(shè)計(jì)就是為了制作這樣一種多功能電子秤，它以單片機(jī)為核心 在實(shí)際使用時(shí)達(dá)到以下要求： 1. 電子秤稱重范圍： 0～ 5㎏ ；重量誤差不大于 ? ㎏ ； 2. 液晶顯示：所稱物體重量、 輸入物品單價(jià)、金額、時(shí)鐘、溫度、鬧鐘 等 ； 3. 語(yǔ)音報(bào)數(shù)： 所稱物體重量、 輸入物品單價(jià)、金額，另擴(kuò)展報(bào)時(shí)功能 等 ； 4. 時(shí)鐘：年月日、時(shí)分秒、星期、鬧鐘； 5. 溫度：所檢測(cè)到的溫度（保留小數(shù)點(diǎn)后兩位小數(shù)）。 本設(shè)計(jì)的控制功能包括基本的稱重功能，顯示 功能，設(shè)置 時(shí)間日期 和 設(shè)定鬧鐘 功能，還具有超重報(bào)警功能。由于系統(tǒng)資源豐富，還可以方便的拓展其 他 應(yīng)用。 我相信通過這次對(duì)電子秤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一定能 夠?qū)W到豐富的知識(shí) 并 對(duì)電子產(chǎn)品 有 更深一層的了解。 選題背景與意義 電子秤是日常生活 中常用的 電子衡器，廣泛應(yīng)用于超市、大中型商場(chǎng)、物流配送中心 。電 子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機(jī)械式稱量工具。相比傳統(tǒng)的機(jī)械式稱量工具，電子秤具有稱量精度高、裝機(jī)體積小、應(yīng)用范多功能電子秤 2 圍廣、易于操作使用等優(yōu)點(diǎn)，在外形布局、工作原理、結(jié)構(gòu)和材料 上 都是全新的計(jì)量衡器。 電子秤的設(shè)計(jì) 首先是通過稱重 傳感器 采集到 被測(cè)物體的重量 并將其 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。輸出電壓信號(hào)通常很小，需要 通過高精度高增益 AD 芯片 HX711的信號(hào)放大與 AD 轉(zhuǎn) 換， 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 被送入到主控電路的單片機(jī)中處理， 再經(jīng)過 單片機(jī)控制 顯示器 ，從而 顯示出被測(cè)物體的重量 。 而 目前市場(chǎng)上電子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小型企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差且技術(shù)力量薄弱，設(shè)備不全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對(duì)性地開發(fā)出一套有實(shí)用價(jià)值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點(diǎn)，改善電子秤系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實(shí)意義。 研究現(xiàn)狀 影響因素 隨著科技的進(jìn)步 , 對(duì)電子秤的要求也越來越高。影響其精度的因素主要有 : 機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器和數(shù)顯儀表。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面 ， 因材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的限制 , 會(huì)使力的傳遞出現(xiàn)誤差 ， 而傳感器輸出特性存在非線性 , 加上信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)存在的非線性 ， 使得整個(gè)系統(tǒng)的非線性誤差變得不容忽視 。 因此 ， 在高精度的稱重場(chǎng)合 ， 迫切需要電子秤能在線自動(dòng)校正系統(tǒng)的非線性。此外 ， 為了保證準(zhǔn)確、穩(wěn)定地顯示 , 儀器內(nèi)部分辨率 (主要是 ADC 的分辨率 ) 一般要比外部顯示分辨率高 4 倍以上 , 這就要求所采用的 ADC 具有足夠的轉(zhuǎn)換位數(shù) ， 而采用高精度的 ADC， 自然增加了系統(tǒng)的成本。 產(chǎn)品質(zhì)量 目前市場(chǎng)上主流的電子秤根據(jù)使用功能的不同包括以下幾個(gè)類 型：電子天平、電子計(jì)數(shù)秤、電子計(jì)價(jià)秤、電子臺(tái)秤、電子吊鉤秤、定量包裝秤以及條形碼電子秤等。面對(duì)種類如此繁多的電子秤，目前市場(chǎng)上存在許多不合格的電子秤產(chǎn)品。不合格問題主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面： 1. 溫度試驗(yàn)項(xiàng)目不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 ； 2. 濕熱試驗(yàn)項(xiàng)目達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求 ； 3. 抗電脈沖串試驗(yàn)和抗靜電放電試驗(yàn)項(xiàng)目不合格。 造成產(chǎn)品不合格的原因主要有以下幾個(gè)方面： 多功能電子秤 3 1. 稱重傳感器的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，制約了電子秤產(chǎn)品整體質(zhì)量的提高 ； 2. 關(guān)鍵元器件未進(jìn)行篩選和通電老化，造成電子計(jì)價(jià)秤質(zhì)量失控 ； 3. 部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)上抗干擾能力不強(qiáng) ； 4. 產(chǎn)品檢驗(yàn)把關(guān)不嚴(yán)。 面對(duì)目前市場(chǎng)上電子秤產(chǎn)品的總體質(zhì)量不高的局面，除了加強(qiáng)對(duì)電子秤產(chǎn)品的日常監(jiān)督管理之外，還要從根本上推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)電子秤產(chǎn)品質(zhì)量的提高，更好地保護(hù)消費(fèi)者的合法權(quán)益。 發(fā)展方向 電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展 ， 而且更需向多種功能的方向發(fā)展。據(jù)悉 , 目前電子秤的附加功能主要有以下幾種 ： 1. 電子秤附加了 計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償 處理 裝置 ， 可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補(bǔ)償計(jì)算和處理 ； 2. 具有皮重、凈重顯示等特種功能。電子秤有些已具備了動(dòng) 態(tài) 稱量模式 , 即通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動(dòng)調(diào)零等方法 , 消除上述的 誤差 ； 3. 附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。目前的電子秤有附加多種計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能 , 以滿足多種使用的要求。 電子秤的智能化 電子秤的稱重功能是基于微電腦控制芯片處理器這一核心技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。由于目前在設(shè)計(jì)電子秤系統(tǒng)時(shí)大量地采用集成芯片，因此電子秤系統(tǒng)已經(jīng)擺脫了以往的電子模式，正趨向智能化多元化方向發(fā)展。在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，比如與上位機(jī)的通訊，在上位機(jī)上利用圖形化界面的操作軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理等。 電子秤由于自身的精度高、功能強(qiáng)和使用方便，實(shí)際使用的電子秤有較高的性價(jià)比，在很多領(lǐng)域完全可以取代那 些機(jī)械式的稱重工具。在具體開發(fā)電子秤的系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該根據(jù)用戶的客觀需要，再結(jié)合系統(tǒng)硬件和軟件，從而可以開發(fā)出一套實(shí)際使用價(jià)值極大的電子秤系統(tǒng)。目前，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā) 展，微處理器應(yīng)用技術(shù)的日趨成熟，必將推進(jìn)基于微處理器為核心的 電子秤系統(tǒng)功能的日趨完善，因此多元化智能電子秤具有廣泛的應(yīng)用前景和開發(fā)價(jià)值！ 多功能電子秤 4 第二章 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 電子秤的應(yīng)用系統(tǒng)是由硬件和軟件所組成。硬件指單片機(jī)、擴(kuò)展的輸入輸出設(shè)備等部分；軟件是各種工作程序的總稱。硬件和軟件只有緊密配合、協(xié)調(diào)一致，才能提高系統(tǒng)的性能價(jià)格比。從 一開始設(shè)計(jì) 硬件時(shí) ，就應(yīng)考慮相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)方法，而軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)硬件原理和系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行的。 電子秤的設(shè)計(jì)要求 基本要求 1. 電子秤稱重范圍： 0～ 5Kg；重量誤差不大于 ? ； 2. 液晶顯示： 所稱物體重量、輸入物品單價(jià)、金額、時(shí)鐘、溫度、鬧鐘 特色與創(chuàng)新 1. 使用單片機(jī)為控制核心，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的組成構(gòu)造，且單片機(jī)可拓展性強(qiáng)，可以很方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行拓展和應(yīng)用。 2. 使用鍵盤輸入數(shù)據(jù)，操作簡(jiǎn)單，方便。 3. 液晶顯示所稱量的物品重量，同時(shí)還可顯示物品 的單價(jià)，金額 。 4. 具有去皮功能和重量累加計(jì)算功能。 5. 當(dāng)物品重量超過電子秤量程，即過載情況， 具有超重報(bào)警功能。 6. 時(shí)鐘功能。 7. 溫度檢測(cè)功能。 8. 語(yǔ)音報(bào)數(shù)功能。 實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)計(jì)基本思路 電子秤的 工作原理。首先是 通過 稱重 傳感器 采集到 被測(cè)物體的重量 并將其 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。輸出電壓信號(hào)通常很小，需要 通過高精度高增益 AD 芯片 HX711的信號(hào)放大與 AD 轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 被送入到主控電路的單片機(jī)中處理， 再經(jīng)過 單片機(jī)控制 顯示器 ，從而 顯示出被測(cè)物體的重量。 擴(kuò)展模塊： 多功能電子秤 5 1. 時(shí)鐘模塊。首先程序?qū)r(shí)鐘芯片 DS1302 初始化，單片機(jī)從時(shí)鐘芯片DS1302 讀出時(shí)間數(shù)據(jù)，按鍵的指定動(dòng)作可讀時(shí)鐘芯片 DS1302 中寄存器數(shù)據(jù)的修改，從而達(dá)到修改時(shí)間的要求。 2. 溫度模塊。主要是單片機(jī)從溫度傳感器 DS18B20 中讀取溫度相關(guān)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過單片機(jī)的處理轉(zhuǎn)換為華氏溫度。 3. 語(yǔ)音報(bào)數(shù)模塊。語(yǔ)音報(bào)數(shù)模塊采用了專用的 電子秤 語(yǔ)音芯片 SC1010B，單片機(jī)通過對(duì)語(yǔ)音芯片 SC1010B 地址的訪問，達(dá)到語(yǔ)音報(bào)數(shù)的功能。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思路 按照設(shè)計(jì)的基本要求， 系統(tǒng)可以分為最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面和系統(tǒng)電源 、時(shí)鐘、溫度檢測(cè)和語(yǔ)言報(bào) 數(shù)六 大部分 。其中數(shù)據(jù)采集模塊 由稱重傳感器 、 專用型高精度 24 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 組成 。 轉(zhuǎn)換后的 數(shù)字信號(hào)送給控制器處理，由控制器完成 對(duì) 該數(shù)字量的處理 ， 驅(qū)動(dòng)顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換 。此部分對(duì)軟件的設(shè)計(jì)要求比較高，系統(tǒng)的大部分功能都需要軟件來控制。在擴(kuò)展功能上，本設(shè)計(jì)增加了 一個(gè) 過載 報(bào)警 提示 、 時(shí)鐘、溫度檢測(cè)和語(yǔ)言報(bào)數(shù) 。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案比較與論證 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí) ，針 對(duì)各個(gè)模 塊實(shí) 現(xiàn)的功能來設(shè)計(jì)電子秤的方案有以下幾種： 方案 一 在前一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù) 設(shè)定，使電子秤實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)價(jià)的功能。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 所示 ： 圖 帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 此方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購(gòu)物總額以及簡(jiǎn)單的貨物代碼等 。 在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的多功能電子秤 6 I/O 接口供數(shù)碼管使用 ，比較麻煩。 方案 二 前端信號(hào)處理時(shí)，選用放大、 A/D 轉(zhuǎn)換等措施，尤其在顯示方面采用 LCD 顯示器。這種 方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求。 可以顯示 所稱量的物體信息 相關(guān)內(nèi)容。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 所示： 圖 LCD 顯示的方案 目前單片機(jī)技術(shù)比較成熟，功能也比較強(qiáng)大，被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后送入單片機(jī)，由單片機(jī) 對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系顯示出被測(cè)物體的重量 。 由于系統(tǒng)需要的按鍵較多，因此 要采用 4*4 矩陣鍵盤。 單片機(jī)控制適合于功能比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng) ,而且其具有成本低 ,功耗低 ,體積小算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng) ,技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn) 。 但其缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜 ,編程復(fù)雜。使用這種方案會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來一定的 難度。 圖 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方案原理框圖 鑒于本電子秤 設(shè)計(jì) 的 功能 要求 ， 所以在具體設(shè)計(jì)時(shí) 采用 了第 二 種 設(shè)計(jì)方案。 稱重傳感器 電子稱專用高精度高增益 24位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片HX711 MCU AT89S52 LCD1602 顯示器 4*4 矩陣鍵盤電路 時(shí)鐘芯片 溫度傳感器 語(yǔ)音 報(bào)數(shù)電路 蜂鳴器報(bào)警 多功能電子秤 7 單片機(jī)的選型 選擇單片機(jī)型號(hào)的出發(fā)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： 市場(chǎng)貨源 系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只能在市場(chǎng)上能夠提供的單片機(jī)中選擇，特別是作為產(chǎn)品大批量 生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)，所選的單片機(jī)型號(hào)必須有穩(wěn)定、充足的貨源。 單片機(jī)性能 應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和各種單片機(jī)的性能，選擇最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號(hào)，而且能達(dá)到較高的性能價(jià)格比。單片機(jī)性能包括片內(nèi)硬件資源、 運(yùn)行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。影響性能價(jià)格比的因素除單片機(jī)的性能價(jià)格外，還包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的容易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開發(fā)工具的性能價(jià)格比。 研制周期 在研制任務(wù)重、時(shí)間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號(hào)是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。與研制周期有關(guān)的另一個(gè)重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。 AT89S52 單片機(jī)是 AT89S 系列中的增強(qiáng)型高檔機(jī)產(chǎn)品，它片內(nèi)存儲(chǔ)器容量是 AT89S51 的一倍，即片內(nèi) 8KB 的 Flash 程序存儲(chǔ)器和 256B 的 RAM。另外，它還增加了一個(gè)功能極強(qiáng)的、具有獨(dú)特應(yīng)用的 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器 2 等多種功能 。 在工程應(yīng)用中 AT89S52 有一顯著的優(yōu)勢(shì)：不需要燒寫器，只借助 PC 機(jī)的并口輸出和極為簡(jiǎn)單的下載電路，便可將程序通過串行方式寫入單片機(jī)。并且下載電路可設(shè)計(jì)在系統(tǒng)中，可以隨時(shí)修改單片機(jī)的軟件而不對(duì)硬件做任何改動(dòng)。 由此， 通過對(duì)目前主流型號(hào)的比較