【正文】 第二章 系統(tǒng)方案論證與選型 按照本設計功能的要求，系統(tǒng)由 6 個部分組成：控制器部分、測量部分、報警部分、數(shù)據(jù)顯示部分、鍵盤部分、和電路電源部分， 系統(tǒng)設 計總體 方案框圖 如圖 。分度值 。 綜上所述 ,本課題的主要設計思路是：利用壓力傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號，經(jīng)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后把數(shù)字信號送入單片機。彈簧盤秤制造工藝要求較高 ,彈簧的疲勞問題無法徹底解決 ,一旦超過彈簧彈性限度 ,彈簧秤就會產(chǎn)生很大誤差 ,以至損壞 ,影響到稱重的準確性和可靠性 ,只是一種暫時的代用品 ,也被列入逐漸取消的行列 。用 e或 d來表示。一般 地信號的放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換以及信號各種運算處理都在儀表中完成。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運算、變換、計數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動顯示等環(huán)節(jié)。 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）和應變傳感器（電阻應變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應的傳感器。 電子秤是電子衡器中的一種，衡器是國家法定計量器具，是國計民生、國防建設、科學研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設備，衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低，將直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效益的提高。 60 年代初期出現(xiàn)機電結(jié)合式電子衡器以來，經(jīng)過 40 多年的不斷改進與完善，我國電子衡器從最初的機電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。 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，推進了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營管理等多方面的作用。可以說 ,此設計所完成的電子秤很大程度上滿足了應用需求。 附 錄 ....................................................................39 基于單片機的電子秤設計 1 基于單片機的電子秤設計 摘 要 隨著微電子技術(shù)的應用，市場上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的要求。為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題，在本設計中將智能化、自動化、人性化用在了電子秤重的控制系統(tǒng)中。 關鍵詞 SP20CG501， AT89S52，稱重傳感器， A/D 轉(zhuǎn)換器， LCD顯示器 基于單片機的電子秤設計 2 THE ELECTRONIC SCALE DESIGN BASED ON MICROCONTROLLER ABSTRACT With the application of microelectronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with hunman requirements already. In order to make up for the traditional apparatus shorting, we improve the apparatus39。稱重裝置的應用已遍及到國民經(jīng)濟各領域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。 現(xiàn)今 電子衡器制造技術(shù)及應用得到了新發(fā)展。 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)量相關的其它量大小、參數(shù)、或特性。 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，并有良好的線性關系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要??；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。 電子秤的工 作原理 當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－電效應，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關系 (一般成正比關系 )的電信號 (電壓或電流等 )。 電子秤的計量性能 電子秤的計量性能涉及的主要技術(shù)指標有：量程、分度值、分度數(shù)、準確度等級等。 基于單片機的電子秤設計 5 （ 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。 微控制器技術(shù)、傳感器技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應用，電子產(chǎn)品的更新速度達到了日新月異的地步。單片機經(jīng)過 相應的處理后，得出當前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來。精度等級 Ⅲ 級 。 圖 21設計思路框圖 測量部分是 利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號（本設計為電壓信號），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動放大電路，）處理后，送 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。 控制器部分 本設計由于要求必須使用單片機作為系統(tǒng)的主控制器 ,而且以單片機為主控制器的設計，可以容易地將計算機技術(shù)和測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。AT89SXX 系列與 MCS51 相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器，使程序?qū)懭敫臃奖?；第二，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路體積更小。 數(shù)據(jù)采集部分 電子秤的 數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、處理電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路，因此對于這部分的論證主要分三方面 傳感器的選擇 在設計中 ,傳感器是一個十分重要的元件 ,因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要 ,不僅要注意其量程和參數(shù) ,還有考慮到與其相配置的各種電路的設計的難以程度和設計性價比等等 . 傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個數(shù)、秤體的自重、可能基于單片機的電子秤設計 8 產(chǎn)生的最大偏載及動載 等因素綜合評價來確定。其公式如下： C＝ K0K 1K 2K 3(W max＋ W)/N （ ） C— 單個傳感器的額定量程； W— 秤體自重； Wmax— 被稱物體凈重 的最大值； N— 秤體所采用支撐點的數(shù)量 ； K0— 保險系數(shù)，一般取值在 ～ 之間； K1— 沖擊系數(shù)； K2— 秤體的重心偏移系數(shù)； K3— 風壓系數(shù)。 重量誤差應控制在 177。 非線性 Nonlinearity %. 177。 額 定 輸 出 溫 度 系 數(shù) Rated output temperature coefficient 輸入電阻 Input resistance Ω 415～ 445 輸出電阻 Output resistance Ω 349～ 355 絕緣電阻 Insulation resistance MΩ ≥ 5000 供橋電壓 Supply voltage V 12（ DC/AC） 溫度補償范圍 Temperature pensation range ℃ 10～ +50 允許溫度范圍 Safe temperature range ℃ 20～ +60 允許過負荷 Safe overload %. 120 極限過負荷 Ultimate overload %. 200 四角誤差 Four corner error %. 連接電纜 Connect cable mm Φ 300 接線方式 Method of connecting wire 輸入 Input（ +） : Red 輸入 Input（ ） :White 輸出 Output（ +） :Green 輸出 Output（ ） :Blue 屏 蔽 Shield : Yellow 其 測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。對放大環(huán)節(jié)的 要求是增益可調(diào)的（ 70～ 150 倍），根據(jù)本設計的實際情況增益設為 100 倍即可，零點和增益的溫度漂移和時間漂移極小。 1181。 由 中稱重傳感器的稱量原理可知， 電阻應變 片組成的傳感器是 把機械應變轉(zhuǎn)換成 ΔR/R ，而 應變電阻 的 變化一般都很微 小，例如傳感器的應變片電阻值 120Ω ，靈敏系數(shù) K=2，彈性體在額定載荷作用下產(chǎn)生的應變?yōu)?1000ε ，應變電阻相對變化量為： ΔR/R = Kε= 2100010 － 6 = （ 23） 由式 23可以看出電阻變化只有 ，其電阻變化率只有 %。由于 A/D 轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。下基于單片機的電子秤設計 11 面舉例 用 INA128 儀用儀表放大器來實現(xiàn)。 有學者試圖在前置放大器的輸入端加上隔直電容（高通網(wǎng)絡）來避免極化電壓使高增益的前置放大器進入飽和狀態(tài)，但由于信號源的內(nèi)阻高，且兩輸入端不平衡，隔直電容（高通網(wǎng)絡）使等共模干擾轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_，結(jié)果適得其反，嚴重地損害了放大器的性能。 2． 阻容耦合電路放在由并聯(lián)型差動放大器構(gòu)成的前級放大器和由儀器放大器構(gòu)成的后級放大器之間，這樣可為后級儀器放大器提高增益，進而提高電路的共模抑制比提供了條件。 從理論上計算整個電路的共模抑制比為： (24) 基于單片機的電子秤設計 13 式中： CMRTotal或 CMRRTotal－放 大器的總共模抑制比； CMR1－第一級放大器的共模抑制比； CMR2 或 CMRR2－第二級放大器的共模抑制比； A1d、 A1c、 A2d 和 A2c－分別為第一級放大器和第二級放大器的差模增益和共模增益。目前，世 界上有多種類型的 ADC，有傳統(tǒng)的并行、逐次逼近型、積分型 ADC，也有近年來新發(fā)展起來的 ∑ Δ 型和流水線型 ADC， 多種類型的 ADC 各有其優(yōu)缺點并能滿足不同的具體應用要求。這種結(jié)構(gòu)的 ADC 所有位的轉(zhuǎn)換同時完成，其轉(zhuǎn)換時間主取決于比較器的開關速度、編碼器的傳輸 時間延遲等。缺點：在高于 14位分辨率情況下，價格較高；傳感器產(chǎn)生的信號在進行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進行調(diào)理，包括增益級和濾 波，這樣會明顯增加成本。與此同時，在此時間間隔內(nèi)利用計數(shù)器對時鐘脈沖進行計數(shù)，從而實現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。這類 ADC 主要應用于低速、精密測量等領域，如數(shù)字電壓表。缺點是：類似于積分型 ADC，其轉(zhuǎn)換速率受到限制， 12 位時為 100～ 300SPS。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。圖 4 4的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)的鍵盤接口電路，圖中的每一個按鍵都通過不同的行線和列線與主機相連這。 顯示電路部分的選擇 數(shù)據(jù)顯示是電子秤的一項重要功能，是人機交換的主要組成部分，它可以將測量電路測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器處理后直觀的顯示出來。在本系統(tǒng)中，設置報警的目的就是在超出電子秤測量范圍時，發(fā)出聲光報警信號，提示用戶，防止損壞儀器。 由于稱重傳感器一般的輸出范圍為 0～ 20mV，對 A/D 轉(zhuǎn)換或單片機的工作參數(shù)來說不能使 A/D 轉(zhuǎn)換和單片機正常工作，所以需要對輸出的信號進行放大。 單 片 機 16 個按鍵輸入電路 LCD 顯示器位碼驅(qū)動電路 時鐘電路 復位電路 LCD 顯示器段碼驅(qū)動電路 10位 LCD顯示器電路 蜂鳴器電路 基于單片機的電子秤設計 17 AT89S52 的最小系統(tǒng)電路 單片機芯片 AT89S52 介紹 單片機采用 MCS51系列單片機。 AT89S52具有以下標準功能： 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。 AT89S52有 40個引腳， 32個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2個 外中斷口， 2個 16位可編程定時計數(shù)器 ,2個全雙工串行通信口，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。 GND：接地。在 FIASH編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P2口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管 腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止，置位無效。 基于單片機的電子秤設計 20 /EA/VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器 (簡稱晶 振 )或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。根據(jù)應用的要求，復位操作