【正文】 科學(xué)研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計(jì)量設(shè)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。頂尖條碼標(biāo)簽稱有著許多卓越的特點(diǎn)，以太網(wǎng)功能使管理更加方便 。 常規(guī)的測(cè)試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在遠(yuǎn)離、功能 、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。近年來(lái)電子稱已愈來(lái)愈多地參與到數(shù)據(jù)的處理和控制過(guò)程中。電子衡器產(chǎn)品量大面廣、種類繁多，從通用的各種規(guī)格的電子稱到大型的電子稱重系統(tǒng)，從單純的稱重、計(jì)價(jià)到生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)測(cè)量控制單元，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷地?cái)U(kuò)大。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(lái)控制。 圖 數(shù)碼管顯示方案 圖 數(shù)碼顯示 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡(jiǎn)單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒(méi)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。使用這種方案會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度。 壓力傳感器 信號(hào)放大 信號(hào)轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 鍵盤(pán)控制 LCD 顯示 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 6 雖然以 FPGA 為核心的電子稱系統(tǒng)很優(yōu)化，但只有在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中其高集成度才能更好得以體現(xiàn)。 傳感器的作用是人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。目前多用于加速度和動(dòng)態(tài)力或壓力的測(cè)量。 若被測(cè)量的變化使式中 d 、 A、 r? 三個(gè)參量中任一個(gè)發(fā)生變化，都會(huì)引起電容量 的變化，通過(guò)測(cè)量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。 導(dǎo)體的電阻隨著機(jī)械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫做電阻應(yīng)變效應(yīng)。 式（ ）稱 平衡條件。我們選擇的是電阻應(yīng)變片壓力傳感器，量程為 5Kg，精度為 % ，滿足本系統(tǒng)的精度要求。 抗共模電壓干擾能力強(qiáng)。 優(yōu)點(diǎn)：輸入級(jí)加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級(jí)為差動(dòng)放大 電路，滑動(dòng)變阻器R6 可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級(jí)可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。 INA126 具有體積小、功耗低、精度高、噪聲低和輸入偏置電流低的特點(diǎn)。基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。雙積分法 A/D 轉(zhuǎn)換的過(guò)程是：先將開(kāi)關(guān)接通待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖ i，Ｖ i 采樣輸入到積分器，積分器從零開(kāi)始進(jìn)行固定時(shí)間Ｔ的正向積分，時(shí)間Ｔ到基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 12 后，開(kāi)關(guān)再接通與Ｖ i 極性相反的基準(zhǔn)電壓ＶＲＥ F，將ＶＲＥ F 輸入到積分器，進(jìn)行反向積分，直到輸出為 0V 時(shí)停止積分。積分型的轉(zhuǎn)換速率低，轉(zhuǎn)換時(shí)間從幾豪秒到幾十毫秒，只能構(gòu)成低速 A/D 轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、溫度及流量等緩慢變化的參數(shù)測(cè)試。通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 方案二 采用 V/F 轉(zhuǎn)換 VF 控制的原理是產(chǎn)生一個(gè)震蕩頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個(gè)壓敏電容，當(dāng)受到一個(gè)變化的電壓時(shí)候它的容量會(huì)變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產(chǎn)生變頻。從傳感器來(lái)的毫伏級(jí)的電壓信號(hào)經(jīng)低溫漂運(yùn)算放大器 INA126 放大到 0～ 10V 后加到 V/F 變換器 LM331 的輸入端，從頻率輸出端 f0輸出的頻率信 號(hào)加到單片機(jī)的輸入端 T1 上。與研制周期有關(guān)的另一個(gè)重要因素是開(kāi)發(fā)工具，性能優(yōu)良的開(kāi)發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。 在設(shè)計(jì)中使用 LED 顯示塊構(gòu)成 N 位 LED 顯示器。如圖 所示 。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。這就是 LCD 顯示的基本原理。 由于本次設(shè)計(jì)的顯示模塊需要顯示多位數(shù)字，如果采用數(shù)碼管顯示的話將會(huì)占用多個(gè)單片機(jī) I/O 口 ,使得電路變得更為復(fù)雜。因此，相對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)鍵盤(pán)接口信號(hào)是輸入信號(hào)。因此，在按鍵數(shù)量 較多時(shí)，可以節(jié)省 I/O 口線。 穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓 Uo、輸出電流 Io、輸出紋波電壓 ΔUopp 等性能指 標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。12v。 系統(tǒng)的硬件部分不僅包括以單片機(jī) AT89C51 為核心的最小系統(tǒng)部分，而且還包括數(shù)據(jù)采集、人機(jī)接口界面、系統(tǒng)電源部分。在選擇 V/F 轉(zhuǎn)換器時(shí)根據(jù)系統(tǒng)精度的要求，選擇了具有很強(qiáng)抗干擾能力 V/F轉(zhuǎn)換器 LM331，雖然轉(zhuǎn)換速度慢，但精度高，輸入阻抗高，可自動(dòng)調(diào)零，具有超量程信號(hào)，全 部輸出的 TTL 電平信號(hào)兼容。此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。在 FLASH 編程期間 ，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。激光平衡輸入電路提供低偏移電壓、低溫漂偏移電壓和良好的共模抑制比。 LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到 電源電壓下都有極高的精度。 LM331 電路設(shè)計(jì)圖 LM331 電路設(shè)計(jì)圖 如圖 所示。 （ 3）編寫(xiě)程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?lái)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，即程序。當(dāng)為 01H 時(shí)為累計(jì)顯示方式，在 T1 定時(shí)中斷程 序中。 圖 V/F 信號(hào)讀取及處理程序 顯示子程序設(shè)計(jì) 顯示子程序主要是來(lái)判斷是否需要顯示 ,以及如何去顯示 ,也是十分重要的程序之一。因此，只有充分了解有關(guān)智能儀器、單片機(jī)、傳感器以及各部分之間的關(guān)系才能達(dá)到要求。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，有待改善。在老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程中，為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥，熱忱鼓勵(lì)。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過(guò)人學(xué)生生活的機(jī)電工程系全體老師和同學(xué)門(mén)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。使我在傳感器的基本原理、傳感器的實(shí)際應(yīng)用，以及在常用傳感器設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一人步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。 對(duì)各種實(shí)用芯片價(jià)格了解不夠，選擇上任有欠缺，如所選的稱重傳感器價(jià)格較貴。 通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集的分析，了解了各種傳感器、放大器及 A/D 轉(zhuǎn)換器和 V/F 轉(zhuǎn)化器對(duì)信號(hào)的轉(zhuǎn)換、傳輸有了更深的 認(rèn)識(shí)。 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 32 圖 鍵盤(pán)掃描子程序流程圖 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 33 結(jié) 論 隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使電子儀器的整體水平發(fā)生巨大變化，傳統(tǒng)的儀器逐步的被智能儀器所取代。設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示。 電子稱的軟件設(shè) 計(jì)與實(shí)現(xiàn) 電子稱軟件設(shè)計(jì)均采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)程序包括主程序、定時(shí)中斷程序、 INTO 中斷程序按鍵程序、數(shù)據(jù)處理子程序 (雙字節(jié)乘法、二一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序及逆轉(zhuǎn)換程序 )、 LCD 十六位液晶靜態(tài)顯示子程序等模塊。 程序設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相應(yīng)的步驟和方法。 當(dāng)輸入端 Vi＋輸入一正電壓時(shí)，輸入比較器輸出高電平，使 R－ S 觸發(fā)器置位，河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 27 輸出高電平，輸出驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通，輸出端 f0 為邏輯低電平，同時(shí)電源 Vcc 也通過(guò)電阻 R2 對(duì)電容 C2 充電。 C max 低噪聲： 35nV/ √ Hz 低輸入偏移電流： 35nV/ √ Hz INA126 引腳 圖如圖 所示 。 圖 AT89C51 最小系統(tǒng)電路圖 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 信號(hào)放大電路 芯片 INA126 簡(jiǎn)介 INA126 是精密低噪聲差分信號(hào)采集儀表放大器，內(nèi)部采用兩個(gè)運(yùn)放設(shè)計(jì)，使之具有非常低的靜態(tài)電流 (175 μ A) 和有很寬電源供電范圍 (177。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 引腳說(shuō)明 AT89C51 芯片圖 如圖 所示 。 基于單片機(jī)的電子稱設(shè)計(jì) 22 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)可以分成以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制模塊，前端信號(hào)采集、處理、轉(zhuǎn)換模塊，人機(jī)接口界面以及系統(tǒng)電源部分（為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)超量程與欠量程的報(bào)警功能，還擴(kuò)展了報(bào)警電路）。一般選擇滿量程時(shí)候的誤差不能大于規(guī)定量。12,(39)V 連續(xù)可調(diào) .其電路組裝比較簡(jiǎn)單 ,但輸出所需電壓時(shí)需要調(diào)整可變電阻 ,不能直接輸出 ,因此使用時(shí)不方便 .方案二由三端可調(diào)式穩(wěn)壓器和三端固定式穩(wěn)壓器共同組成 ,所用器件比方案一 多 ,但電路組裝簡(jiǎn)單 ,不會(huì)增添麻煩 ,在方案二中可直接得到 +5v 和 177。 LM337 輸出為負(fù)的可調(diào)電壓，采用兩個(gè)獨(dú)立的變壓器分別和 LM317 及 LM337 組裝，操作比較簡(jiǎn)單。如圖 所示。但在很多應(yīng)用場(chǎng)合，考慮成本因素，可能并不是最佳選擇。因此鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 （ 3）漢字的顯示：漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5……右邊為 6…… 根據(jù)在 LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié) …… 直到 32B 顯示完就可以 LCD 上得到一個(gè)完整漢字。 液晶顯示的原 理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過(guò)器件，如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。通常使用的是七段 LED。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。再著， AT89C5 AT89S51目前的售價(jià)比 8031 還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。 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。 由輸入比較器、定時(shí)比較器、 R－ S 觸發(fā)器、輸出驅(qū)動(dòng)管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開(kāi)關(guān)、輸出保護(hù)管等部分組成。 選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器除考慮上述要點(diǎn)外，為防止對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)的影響，還要注意以下幾個(gè)問(wèn)題： （ 1）工作電源電壓是否穩(wěn)定； （ 2）外接時(shí)鐘信號(hào)的頻率是否合適； （ 3）工作環(huán)境溫度是否符合器件要求； （ 4）與其它器件是否匹配； （ 5）外接是否有強(qiáng)的電磁干擾； 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 （ 6）印刷線路板布線是否合理。有的 A/D 轉(zhuǎn)換器提供兩個(gè)輸入引腳，不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。 A/D 轉(zhuǎn) 換器決定分辨率的高低。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。18V；最大電源電流為 ；最大輸入失調(diào)電壓為 125? V；頻帶寬度為 120kHz（在 G=100 時(shí)）。 方案二 采用專用儀表放大器，如： AD620， INA126 等。 如放大器增益的外接電阻調(diào)整、方便準(zhǔn)確的量程切換、極性自動(dòng)變換等。 放大器的輸入信號(hào)一般是由傳感器輸出的。 （ 3）結(jié)構(gòu)輕小，對(duì)試件影響小， 對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好 。 直流電橋的特點(diǎn)是信號(hào)不會(huì)受各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因機(jī)械應(yīng)變的輸出信號(hào)小，要求用高增