【正文】 選題的背景與意義 1 選題的背景 1 選題的意義 2 電子秤的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 電子秤的研究現(xiàn)狀 2 電子秤的發(fā)展趨勢 3 本文的結(jié)構(gòu) 42 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 6 電子秤的基本知識(shí)介紹 6 電子秤的基本結(jié)構(gòu) 6 電子秤的工作原理 7 電子秤的計(jì)量參數(shù) 7 總體方案設(shè)計(jì) 8 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)方案論證 9 電子秤分度數(shù)的設(shè)定 9 稱重傳感器的選定 10 A/D轉(zhuǎn)換器的選定 16 單片機(jī)型號(hào)的選定 183 硬件設(shè)計(jì) 20 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 20 單片機(jī)主控單元的設(shè)計(jì) 20 單片機(jī)引腳說明 20 AT89S51最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì) 24 傳感器單元設(shè)計(jì) 24 A/D轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì) 25 鍵盤和顯示電路單元設(shè)計(jì) 27 鍵盤電路設(shè)計(jì) 27 顯示電路設(shè)計(jì) 27 系統(tǒng)總體原理圖 28 硬件抗干擾設(shè)計(jì) 284 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 31 主程序設(shè)計(jì) 31 LM4229液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序 32 ADC0832采樣程序 33 鍵盤程序 335 系統(tǒng)仿真 35 歡迎界面的仿真 35 無重物情況仿真 36 稱量物體仿真 37 最大量程仿真 38 仿真總結(jié)與問題補(bǔ)充 39 仿真總結(jié) 39 問題補(bǔ)充 396 總結(jié)與展望 41附錄程序 42參考文獻(xiàn) 521 緒論 選題的背景與意義 選題的背景（1）電子技術(shù)滲入衡器制造業(yè)隨著第二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟(jì)繁榮，為了把稱重技術(shù)引入生產(chǎn)工藝過程中去，對(duì)稱重技術(shù)提出了新的要求，希望稱重過程自動(dòng)化，為此電子技術(shù)不斷滲入衡器制造業(yè)?，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(chǔ)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。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。國內(nèi)電子稱重技術(shù)基本達(dá)到國際上20世紀(jì)90年代中期的水平，少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平。其中梅特勒．托利多公司生產(chǎn)的BBK4系列高精度電子秤精度達(dá)到了lmg，速度大約為1次／秒。這種模塊化組合不但提高了產(chǎn)品的通用性和可靠性，而且也大大提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。同時(shí), 功能更加齊全的高精度的先進(jìn)電子秤將會(huì)不斷問世, 其應(yīng)用范圍也會(huì)更加拓寬。不管根據(jù)什么原理制成的電子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。通常此電壓信號(hào)很小，需要通過前端信號(hào)處理電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大，放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)被送入到主控電路的單片機(jī)中，單片機(jī)不斷掃描鍵盤和各種功能開關(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。用e或d來表示。該電子秤可以實(shí)現(xiàn)顯示商品的名稱、單價(jià)、重量、總價(jià)等功能?，F(xiàn)在我國已經(jīng)完全與OIML規(guī)定接軌，衡器計(jì)量檢定規(guī)程完全按OIML規(guī)定而來。由表22可知，它的整個(gè)稱量范圍允差規(guī)定是變化的，誤差是從大到小再變大，最高準(zhǔn)確度在中間?？紤]到不同使用地點(diǎn)的重力加速度和空氣浮力對(duì)轉(zhuǎn)換的影響，稱重傳感器的性能指標(biāo)主要有線性誤差、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點(diǎn)溫度特性和靈敏度溫度特性等。加在承重臺(tái)上的被測物通過傳力杠桿系統(tǒng)使表盤軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)移動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，使莫爾條紋也隨之移動(dòng)。液壓式傳感器結(jié)構(gòu)簡單而牢固，測量范圍大，但準(zhǔn)確度一般不超過1/100。只要測出頻率的變化便可求出被測物的質(zhì)量。振弦式傳感器的彈性元件是弦絲。測出固有頻率的變化，即可求出重物施加于音叉上的力，進(jìn)而求出重物質(zhì)量。陀螺儀式傳感器響應(yīng)時(shí)間快(5秒)，無滯后現(xiàn)象，溫度特性好（3ppm），振動(dòng)影響小，頻率測量準(zhǔn)確精度高，故可得到高的分辨率(1/100000)和高的計(jì)量準(zhǔn)確度(1/30000～1/60000)。稱重傳感器的選擇主要從以下幾個(gè)方面考慮。稱重傳感器已按準(zhǔn)確度等級(jí)劃分，非自動(dòng)衡器稱重傳感器的準(zhǔn)確度等級(jí)要選擇與電子秤相對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確度等級(jí)。相應(yīng)的環(huán)境因素下我們必須選擇對(duì)應(yīng)的稱重傳感器才能滿足必要的稱重要求。圖22為電阻應(yīng)變式稱重傳感器橋式測量電路。再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對(duì)值相同，即 （26） （27）因此 （28）若考慮Rm，則電橋的輸出電壓變成： （29）令，則 （210）Su稱為傳感器系數(shù)或傳感器輸出靈敏度。1．A/D轉(zhuǎn)換器的分類：（1）積分型積分型ADC工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。串并行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為 Half flash(半快速)型。其原理是首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。逐次逼近型屬于中速A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為納秒級(jí)，用于個(gè)通道過程控制和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其現(xiàn)象是在正常使用時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增，時(shí)間一長就會(huì)燒壞芯片。AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機(jī)。圖31 系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)方框圖 單片機(jī)主控單元的設(shè)計(jì) 單片機(jī)引腳說明AT89S51單片機(jī)芯片為40個(gè)引腳，圖32為單片機(jī)AT89S51引腳圖。P3引腳功能復(fù)用見表31所示：表31 P3口引腳功能復(fù)用串行通訊輸入(RXD)串行通訊輸出(TXD)外部中斷0( INT0)外部中斷1(INT1)定時(shí)器0輸入(T0)定時(shí)器1輸入(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通RDRST：在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上的高電平出現(xiàn)在此管腳時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不會(huì)有脈沖輸出；EA/Vpp：外部訪問允許端。微處理器系統(tǒng)在開始工作時(shí)必須對(duì)微處理器內(nèi)部的寄存器等進(jìn)行復(fù)位，使各個(gè)寄存器的值設(shè)為預(yù)定狀態(tài)才能順利開始工作。其主要技術(shù)指如表32所示：表32 LpsⅢ型稱重傳感器技術(shù)指標(biāo)額定載荷Kg3,6,10,20,30,50靈敏度mV/V177。 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；178。 CH1：模擬輸入通道1，或作為IN+/使用；178。圖35 單片機(jī)與ADC0832連接圖當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可以任意，當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。本電子稱重器的核心部件是單片機(jī)，所以我們的抗干擾措施主要是針對(duì)單片機(jī)。因此，在電源電路中必需采取有效地濾波措施，來抑制這些高頻干擾的侵入。（3）輸入輸出信號(hào)線采用屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線對(duì)于靜電干擾和電磁干擾有很好的抑制作用，有條件的話應(yīng)盡量采用。 主程序設(shè)計(jì)電子秤需要有數(shù)據(jù)采集、處理、存結(jié)果、送顯示的運(yùn)行過程。 //地址設(shè)置write_(0xb0)。圖44 鍵盤程序流程圖5 系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)硬件與軟件全部設(shè)計(jì)完成的情況下，以確保本設(shè)計(jì)方案的可行性與準(zhǔn)確性。在此過程中，鍵盤不斷進(jìn)行掃描，一旦有鍵按下，單片機(jī)便對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，然后將對(duì)LM4229進(jìn)行寫操作。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)添加了超重報(bào)警模塊，所以在稱量的過程中，一旦物體自身的重量超出電子秤的稱量范圍，蜂鳴器立即會(huì)發(fā)出“滴滴放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng)過濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才被送入到主控電路的單片機(jī)中進(jìn)行處理。然后從電子秤的核心部件稱重傳感器的介紹開始，逐個(gè)進(jìn)行各個(gè)模塊器件的論證與選擇。二是商品的種類與價(jià)格已編入程序，給稱量其它的商品帶來不便。 sbit ADCLK =P3^6。 //報(bào)警值存儲(chǔ)單元unsigned char abc[5]={48,46,48,48,48}。void data_pro(void)。 //顯示初始化 disp_init()。 clear_lcd(84,0,40)。 //查詢商品種類 write_lcd(40,0,)。 price_jisuan()。 if(channel==0)channel=2。 ADCLK=1。0x1。0x1。 for(i=0。 _nop_()。 _nop_()。 } ADCS=1。 press=(*vary)。 //則啟動(dòng)報(bào)警 else beep=1。 write_lcd(16,0,)。 } //鍵盤服務(wù)程序void keyscan(){ P1=0xfe。 while(temp!=0xf0) { temp=P1。 break。 while(temp!=0xf0) { delay(5)。 break。 } } } P1=0xfb。 while(temp!=0xf0) { temp=P1。 break。 while(temp!=0xf0) { delay(5)。 break。 } } } price_temp1=(int)(price*1000)。 price_all[1]=(price_temp2/1000)%10+48。 price_all[3]=(price_temp2%1000)/100+48。 //取單價(jià)個(gè)位 price_danjia[1]=46。 break。 temp=tempamp。 temp=tempamp。 break。 temp=tempamp。 break。 temp=tempamp。 temp=tempamp。 break。 temp=tempamp。 write_lcd(44,0,)。 for(i=0。 //放大1000倍，便于后面的計(jì)算 abc[0]=temp1/1000+48。//拉低CLK端 ADDO=1。 ADCLK=0。 if(i==7)dat|=ADDO。i++) { dat|=ADDO。 _nop_()。 _nop_()。 _nop_()。 ADDI=1。 write_lcd(88,20,元)。 write_lcd(56,11,price_danjia)。 clear_lcd(112,0,40)。 //延時(shí)進(jìn)入稱量畫面 clear_lcd(0,4,40)。void keyscan()。float price_unit[10]={,0}。uchar ad_data,k,n,m,e,num,s。通過這次電子秤的設(shè)計(jì)，我對(duì)所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)有了更深的理解，尤其是單片機(jī)方面。本設(shè)計(jì)為小量程（0～5Kg）稱量器件，可以廣泛應(yīng)用于商店、菜市場等場合。圖55 放大濾波電路圖55為放大濾波電路的設(shè)計(jì)。如按下3號(hào)鍵，選擇草莓，此時(shí)LM4229上顯示“名稱：草莓，單價(jià)：，總重量：，總價(jià)：“”（=）。 歡迎界面的仿真開始仿真時(shí)，先將用C語言編寫的程序用Keil軟件進(jìn)行編譯，生成可執(zhí)行程序，然后裝入單片機(jī)中進(jìn)行仿真，按開始按鈕，單片機(jī)及其他各部分電路開始工作，單片機(jī)調(diào)用內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)各部分接口電路初始化。 /*例如：0的ASCII碼為0x30,在ASC_MSK中的位置為0x10*16 16字節(jié)字碼依次寫入LCD*/write_(0xb2)。主流程圖見圖41所示：圖41 主程序流程圖 LM4229液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序圖42 LM4229液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序流程圖LM4229液晶能夠顯示比較復(fù)雜的漢字和圖形，首先必須對(duì)其寫入控制操作字，包括圖形的顯示方式，字體的模式。 線纜敷設(shè)時(shí)不要過分用力或使電纜打結(jié)、避免彎曲超過900、避免過緊地纏繞電纜，以保護(hù)雙絞47線的扭絞狀態(tài)；178。此外在變壓器的初、次級(jí)之間均采用屏蔽層隔離，其中初級(jí)屏蔽層接大地，次級(jí)屏蔽層接系統(tǒng)邏輯地，以減少其分布電容，提高抗共模干擾的能力。因此，應(yīng)變片傳感器的絕緣材料必須有很高的絕緣性能、足夠的機(jī)械強(qiáng)度、高形狀穩(wěn)定性及良好的抗?jié)裥阅堋?鍵盤和顯示電路單元設(shè)計(jì) 鍵盤電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，采用的是44的矩陣式鍵盤，列線通過電阻接+5V。 DI：數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制；178。 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32uS；178。最小靜載荷%Fmax1最大安全載荷%Fmax150極限過載荷%