【文章內(nèi)容簡介】 能超出要求的范圍，為此還 應設計 過載提示和聲光報警功能。 綜上所述 ， 本課題的主要設計 思路是：利用電阻應變 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)轉換器轉換為數(shù)字信號，最后把數(shù)字信號送入單片機。單片機經(jīng)過相應的處理后，得出當前所稱物品的重量 ，然后 通過液晶 顯示出來。此外，還可通過鍵盤設定所稱物品的 單價 ， 最后將總 金 額顯示出來 。當超重就會有報警信號提示。 這種高精度智能電子秤體積小、計量準確、攜帶方便 ,集質(zhì)量稱量功能與價格計算功能于一體 ， 能夠滿足商業(yè)貿(mào)易和居民家庭的使用需求。 整體功能 采用高精度電阻應變式壓力傳感器， 測量 量程 05kg，測量精度可達 5g。 采用模擬 /數(shù)字（ A/D）轉換器 ADC0832 對傳感器信號進 行調(diào)理轉換。 采用 AT89C51 單片機作為主控芯片，實現(xiàn)稱重、計算價格等主控功能。 采用 LCD1602 液晶屏顯示稱重重量、單價、總價等信息。 采用 4*4矩陣鍵盤進行人機交互， 實現(xiàn)單價的輸入過程 。 具有超量程報警功能，可以通過蜂鳴器報警。 主要技術指標 稱量范圍 0～ 5kg； 分度值 ； 精度等級 Ⅲ 級 。 《專業(yè)綜合》課程設計 3 原理 與選型 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)生力一電效應， 將物體的重量轉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）。此信號由放大電路進行放大、經(jīng)濾波后再由模／數(shù) ( A/D)器進行轉換，數(shù)字信號再送到微處器的 CPU處理，CPU 不斷掃描鍵盤和各功能開關，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關的狀態(tài)進行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運算 ，最后 數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實現(xiàn)顯示功能。 電子秤的 原理框圖 按照本設計功能的要求，系統(tǒng)由 8個部分組成：控制器部分、傳感部分、放大 部分 、 A/D 轉換部分、 鍵盤部分 、 數(shù)據(jù)顯示部分、 報警部分 和電路電源部分，系統(tǒng)設計總體方案框圖如圖 21 所示。 圖 21 設計思路框圖 放大電路 壓力傳感器 AD 轉換電路 AT89C51 單片機控制模塊 聲音報警電路 鍵盤檢測電路 電源電路 液晶顯示電路 《專業(yè)綜合》課程設計 4 控制器部分的選擇 以單片機為主控制器的設計，可以容易地將計算機技術和測量控制技術結合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代。這種新型的智能儀表近幾年 取得了巨大的進展。 再加之 系統(tǒng)沒有其它高標準的要求， 根據(jù)總體方案設計的分析，可以選用帶EPROM 的單片機。 INTEL 公司的 AT89C51 功能 齊全， 片內(nèi)數(shù)據(jù)存 儲器容量大，帶有可編程陣列，使用靈活，電磁兼容性好，能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求。 所以 最后我選擇了 AT89C51 這個單片機來實現(xiàn)系統(tǒng)的功能要求。 傳感器 的選擇 傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。傳感器量程的計算公式是在充分考慮到影響秤體的各個因素后，經(jīng)過大量的實驗而確定的。其公式如下： C＝ K0K1K2K3( Wmax＋ 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)。 本設計要求稱重范圍 0～ 5kg，重量誤差不大于 ，根據(jù)傳感器量程計算公式（ ）可知： C＝ 11 （ 20＋ ）／ 1＝ （ 21） 綜合考慮 ,本設計采用 SP20CG501電阻應變式傳感器 ,稱重傳感器由組合式S 型梁結構及金屬箔式應變計構成，具有過載保護裝置。由于 惠斯登電橋具 諸如抑制溫度變化的影響，抑制 干擾，補償方便等 優(yōu)點，廣泛用于各種結構的動、靜態(tài)測量及各種電子秤的一次儀表。 其 測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。當彈性體受力變形時，應變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化，通過轉換電路轉換為電壓或電流的變化。 由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出 ： 《專業(yè)綜合》課程設計 5 E i nR4 R4R3 R3R2 R2R1 R1)42( 42E ??????? ??????? △△△△RR RRout （ 22） 上式說明電橋的輸出電壓 V和四個橋臂的應變片感受的應變量的 和 成正比。R1 等于 Rd， R2 等于 Ra， R3 等于 Rb， R4 等于 Rc。 其工作原理如圖 22 所示 。 Rd RaRc RbRes Bridge EinEout 圖 22 稱重傳感器原理圖 放大電路 的 選擇 稱重傳感器輸出電壓振幅范圍 0～ 25mV， 而 A/D轉換的輸入電壓要求為 0～5V，因此放大環(huán)節(jié)要有 200 倍左右的增益。 本設計可以設計兩級放大 ， 第一級放大約 13 倍，第二級放大 8倍 ， 由于差分放大是反向的，所以再加上一個 2倍的反相器 ， 最后有 接近 200 倍的放大倍數(shù)。 按照輸入電壓 25mV，分辨率 20210碼的情況，漂移要小于 1181。V。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時漂（177。 1181。V），從而保證了放大環(huán)節(jié)對零點漂移的要求。殘余的一點漂移依靠軟件 的自動零點跟蹤來徹底解決。穩(wěn)定的增益量可以 保證其負反饋回路的穩(wěn)定性，并且最好選用高阻值的電阻和多圈電位器。 由于 高精度低漂移運算放大器構成差動放大器，而構成的前級處理電路；差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放 (如 OP07)做成一個差動放大器。 根據(jù)運算放大器的虛短虛斷得，第一級放大倍數(shù)為1+(R4+R5)/R3；第二級放大倍數(shù)為 R8/R7。 其設計電路如圖 23 所示 。 《專業(yè)綜合》課程設計 6 圖 23 利用 OP07運放設計的差動放大器 A/D轉換器的選擇 A/D 轉換部分是整個設計的關鍵，這一 部分處理不好，會使得整個設計毫無意義。 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。 并行比較 A/D 轉換器：如 ADC080 ADC0832 等 。 并行比較 ADC 是現(xiàn)今速度最快的模 /數(shù)轉換器，采樣速率在 1GSPS 以上，稱為 “ 閃爍式 ” ADC。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。這種結構的 ADC 所有位的轉換同時 完成，其轉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 。 根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析其優(yōu)點和缺點，本設計采用了 8位 A/D轉換器 ADC0832。 鍵盤處理部分 的 選擇 由于電子秤需要設置單價（十個數(shù)字鍵），還具有確認、刪除等功能 。 因此 采用矩陣式鍵盤， 矩陣式鍵盤的特點是把檢測線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列線的交叉點上。 4 4 的矩陣鍵盤結構的鍵盤接口電路 中 ， 每一個按鍵都通過不同的行線和列線與主機相連， 共可以安裝 16 個鍵， 但只需要 8條測試線。 4 4 的矩陣鍵盤結構如圖 24所示 。 《專業(yè)綜合》課程設計 7 圖 24 矩陣式鍵盤 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。 數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇 ：一是 LED 數(shù)碼管顯示 ,二是 LCD液晶顯示兩種選擇 。 這里 需要顯示重量和單價以及總額 ， 所以 LED 實現(xiàn)比較復雜，所以選擇LCD1602 來實現(xiàn)。 報警 電路部分的選擇 報警 模塊在電路中 隨 是不可缺少的， 但有它的指示會使結果更直觀， 報警一般可以使用發(fā)光二極管，還可以使用蜂鳴器，但蜂鳴器更直觀更人性化。所以我選擇了蜂鳴器報警。 電源 電路部分的選擇 電源模塊在電路中是不可缺少的，不管是數(shù)字電路還是模擬電路，都需要電源來提供能量。 電路中需要 9V 和 5V 直流電源，實際中使用的是 220V 的交流電，所以需要使用電源模塊來供電。 其中 9V 是給放大器供電； 5V 給 AD 轉換供電。 《專業(yè)綜合》課程設計 8 單片機 AT89C51控制 電路 它的作用 是 對 AD 芯片 和鍵盤 進行控制 ，完成 AD 轉換 以及 控制 LCD 顯示。AT89C51 單片機各個引腳分布如 下圖，有 基本的 復位電路和晶振電路； P0 口 需接上拉電阻，并和 LCD1602 相連驅動液晶； P1 口檢測按鍵按下的狀態(tài)； P2 部分口 控制 1602 的控制端口； P3 部分口 用以對 AD 芯片進行控制。 原理如 圖 31。 圖 31 單片機控制模塊原理圖 稱重傳感器 模擬電路 當垂直正壓力 P作用于梁上時，梁產(chǎn)生形變，電阻應變片 R R3受壓彎拉伸， 阻值增加； R R4受壓縮，阻值減小。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平 《專業(yè)綜合》課程設計 9 衡電壓與載