【正文】 在此，我衷心感謝老 師的指導(dǎo)和支持。 這些都為我 今后的學(xué)習(xí)和工作留下了積極的影響 。 采用面向?qū)ο蟮乃枷?，分層次、分模塊構(gòu)建設(shè)計(jì)的總體框架。而傳感器作為測(cè)控系統(tǒng)中對(duì)象信息的入口，越來越受到人們的關(guān)注。 V/F 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì) V/F 轉(zhuǎn) 換子程序主要是指在系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)，把稱重傳感器傳遞過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳遞到單片機(jī)所涉及到的程序設(shè)計(jì)。設(shè)定 T0 為計(jì)數(shù)工作方式， T1 為定時(shí)工作方式。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵。當(dāng)電容 C3 放電電壓等于輸入電壓 Vi 時(shí)，輸入比較器再次輸出高電平，使 R－ S 觸發(fā)器置位，如此反復(fù)循環(huán)，構(gòu)成自激振蕩。 圖 INA126 電路設(shè)計(jì)圖 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 芯片 LM331 應(yīng)用 一般應(yīng)用于人員不能進(jìn)入或不易進(jìn)入的場(chǎng)合，通過傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換 為電壓，經(jīng)運(yùn)算放大器放大為 0～ 10V 電壓信號(hào)，由 LM331 進(jìn)行 V/F 變換為脈沖信號(hào)，通過長(zhǎng)雙絞線傳輸?shù)綔y(cè)量室，在測(cè)量室內(nèi)通過光電耦合器轉(zhuǎn)換為幅度穩(wěn)定的脈沖電壓，此脈沖電壓再經(jīng) LM331 進(jìn)行 F/V變換為電壓進(jìn)行測(cè)量，從而可避免直接導(dǎo)線連接到測(cè)量室而造成的線路衰減或干擾，提高測(cè)量精度。 18V) ，可用于便攜式儀表和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。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。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 GND：接地。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。傳感器輸出的電信號(hào)比較微弱，一般為毫伏級(jí)，必須采用適當(dāng)?shù)碾娐愤M(jìn)行信號(hào)放大處理，這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性能。 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 22 具體實(shí)施方案簡(jiǎn)介 根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，硬件部分采用 51 系列單片機(jī) AT89C51 為控制核心部件，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。 圖 LM317 與 LM337 組裝電路 方案二 采用 7805,7905， 7812 和 7912 組成穩(wěn)壓電路， 7805， 7905 固定式三端穩(wěn)壓器可輸出 177。5V， V/F 轉(zhuǎn)換器需要 177。用 I/O 口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。鍵盤由許多鍵組成，每一個(gè)鍵相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)鍵按下時(shí)，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)鍵松開時(shí)，觸點(diǎn)斷開。我們以 1602LCD 字符型液晶顯示器為例。 液晶顯示器各種圖形的顯示原理 （ 1）線段的顯示：點(diǎn)陣圖形式液晶由 MN 個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列對(duì)應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128 個(gè)點(diǎn)組成，屏上 6416個(gè)顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024 字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡(jiǎn)單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點(diǎn)介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。在多位 LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 I/O 口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽(yáng)極點(diǎn)分別由響應(yīng)的 I/O 口線控制。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。所以 AT89C51 符合本次設(shè)計(jì)的主控芯片。其主要由中央處理器（ CPU）、程序存儲(chǔ)器（ ROM）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、串行接口、并行 I/0 接口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線組成。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。 LM331 可采用雙電源或單電源供電，可工作在 ～ 40V 之間，輸出可高達(dá) 40V，而且可以防止 Vcc 短路。 12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=； 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 14 14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=； 考慮到其他部分所帶來的干擾， 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器無法滿足系統(tǒng)精度要求。一般 A/D 轉(zhuǎn)換器可由外部控制信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，這一啟動(dòng)信號(hào)可由 CPU 提供。 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。 雙積分法 采用雙積分法的 A/D 轉(zhuǎn)換器由電子開關(guān)、積分器、比較器和控制邏輯 等部件組成。 信號(hào)轉(zhuǎn)換 方案一 采用 A/D 轉(zhuǎn)換 （一） A/D 轉(zhuǎn)換原理： 逐次逼近法 逐次逼近式 A/D 是比較常見的一種 A/D 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。 以 INA126 為例 ,接口如 圖 所示 。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放 (如 OP07)做成一個(gè)差動(dòng)放大器，如圖 所示 。因此，一般對(duì)放大器有如下一些要求： 輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻。 通過以上對(duì)傳感器的比較分析，最終選擇了第三種方案。 圖 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時(shí)，可視輸出端為開路，此時(shí)直流電橋稱為電壓橋，即只有電壓 輸出。 方案三 電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。 電容傳感器的基本工作原理可用最普通的平行極板電容器來說明。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。 傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系?，F(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代，在信息時(shí)代人們的社會(huì)活動(dòng)將主要依靠對(duì)信息資源的開發(fā)和獲取 、傳輸和處理，而傳感器處于自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測(cè)信息的窗口；傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過程要 獲取的信息，都要通過它轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號(hào)。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示 。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)。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示。 最后，對(duì)本次的研究課題的主要工作及結(jié)果做出了總結(jié)與討論，并且指出了本次研究工作中存在的不足和發(fā)現(xiàn)的一些問題。其中數(shù)據(jù)采集模塊由壓力傳感器、信號(hào)的前級(jí)處理和 V/F 轉(zhuǎn)換部分組成。已 由傳統(tǒng)的機(jī)械式衡器步入集傳感器、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與一體化的電子衡器發(fā)展階段。特別是近 30 年以來，工藝流程中的現(xiàn)場(chǎng)稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測(cè)等工作，都離不開能輸出信號(hào)的電子衡器。我國(guó)電子衡器從最初的機(jī)電結(jié)合型發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。一張小小的標(biāo)簽包含著：品名、價(jià)格、重量等，一一列表在這小小的電子標(biāo)簽上。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，電子衡 器總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、模塊化、集成化、智能化；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(jì)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。 選題背景和意義 稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。標(biāo)簽機(jī)的使用大大加快了銷售速度，也方便了顧客?，F(xiàn)今電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展：電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展；計(jì)量方法從模擬測(cè)量向數(shù)字測(cè)量發(fā)展；測(cè)量特點(diǎn)從單參數(shù)測(cè)量向多參數(shù)測(cè)量發(fā)展。這是由于電子衡器不僅給出質(zhì)量或重量信號(hào)，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個(gè)單元承擔(dān)著控制和檢驗(yàn)功能，從而推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易交往的自動(dòng)化和合理化。目前，由于電子衡器具有稱量快、讀數(shù)方便、能在惡劣條件下工作、便于與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)稱重技術(shù)和過程控制的自動(dòng)化特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)等各個(gè)部門、隨著稱重傳感器技術(shù)以及超大規(guī)模集成電路和微處理器的進(jìn)一步發(fā)展，電子稱重技術(shù)及其應(yīng)用范圍將更進(jìn)一步的發(fā)展，并被人們?cè)絹碓街匾?。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。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 第 2章 系統(tǒng)方案設(shè) 計(jì) 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 數(shù)碼管顯示： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 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。但其缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜 ,編程復(fù)雜。 圖 電子稱系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖 FPGA 的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時(shí)還可以提高設(shè)計(jì)的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。因此，傳感器的地位與作用特別重要。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。 壓電傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，適用于動(dòng)態(tài)力學(xué)量的測(cè)量，不適合測(cè)頻率太低的被測(cè)量，更不能測(cè)靜態(tài)量。兩塊相互平行的金屬極板，當(dāng)不考慮其邊緣效應(yīng)（兩個(gè)極板邊緣處的電力線分布不均勻引起電容量的變化）時(shí)，其電容量 為 （ ） 式 （ ） 中 d ——兩極板間的距離； A——兩平行極板相互覆蓋的有效面積； r? ——介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)； o? ——真空中介電常數(shù)。電阻應(yīng)變片式電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨(dú)作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。 當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時(shí)，由分壓原理有： ADABBDo uuuu ??? （ ） 當(dāng) 滿足條件 R1R3=R2R4 時(shí)，即 （ ） ou =0，即電橋平衡。題目要求稱重范圍 0～ 5Kg,滿量程量誤差不大于 ? ，考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，所以傳感器量程必須大于額定稱重 5Kg。否則，放大器的負(fù)載效應(yīng)會(huì)使所測(cè)電壓造成偏差。 圖 利用普通運(yùn)放構(gòu)成的放大器 電阻 R R2 和電容 C C C C4 用于濾除前級(jí)的噪聲， C C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾， C C4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 12 圖 INA126 儀表放大結(jié)構(gòu)圖 放大器增益 ，通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益。 采用逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成。基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，再把此時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。不同類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率大不相同。轉(zhuǎn)換結(jié)束后 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平。所以我們需要選擇 14 位或者精度更高的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 當(dāng)前， 12 位以上的 A/D 轉(zhuǎn)換器的價(jià)格仍較昂貴，用 V/F 變換器來代替 A/D 轉(zhuǎn)換器，在要求速度不太高的場(chǎng)合是一種較好的選擇。 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)。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 顯示模塊 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 16