【文章內容簡介】 健康狀況，體重秤成了每家必備的工具，人們可以搭配自己的飲食結構，使其更加的合理。隨著我國經濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們也開始注意自己的飲食結構和生活質量，我國市場對各種各樣的電子秤的需求也越來越旺盛，但是我國 體重 秤產品的數量和質量與工業(yè)發(fā)達國家相比還有較大差距，產品的品種規(guī)格較少、功能不全、 穩(wěn)定性和可靠性較差等問題一直困擾著我們，針對如此強大的市場需求，對 體重 秤的深入研究成了一種發(fā)展趨勢。而目前市場上的 體重 秤采用的是指針式的顯示方式，測量不準確，精度不夠高，只能給出模糊的測量結果，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性能也很差 而且系統(tǒng)的功耗高，不利于節(jié)能環(huán)保 。當然也有一些高檔的 體重秤 ，采用 LCD 顯示，轉換精度也很高，系統(tǒng)的各項性能和功能也很優(yōu)越，但是價格又很高，所以就需要設計一款高精度低成本，高性價比的 體重 秤，本文就是基于此目的，以普通稱重系統(tǒng)為例，設計出了一款最大稱重 150KG， 最小起秤重量 2KG， 低功耗 ，高可靠性的 體重 秤。 課題的主要工作及論文結構安排 體重秤 主要從系統(tǒng)的整體設計、方案選擇和各模塊的軟硬件實現來說明。在系統(tǒng)的整體設計和方案選擇中對系統(tǒng)選用的各種芯片進行了說明，主控芯片選用的是 SONIX公司的 SN8P1937 芯片，該芯片帶有一個內部的 16bitAD 轉換器、一個可編程增益放大器、一個多路開關、內置的溫度檢測電路和低電壓檢測電路，所以硬件的設計變的非常的簡單， EEPROM 選用的是 ATMEL 公司的 AT24C02。在各個模塊電路的實現中，軟件設計是本次設計的重點。 論文結構安排如下： 第一章為 緒論，主要介紹課題的背景，分析了 體重秤 的意義和需求， 體重秤 的發(fā)展現狀，并依此總結了提出本課題的必要性和以后的工作安排。 第二章對體重秤功能進行講解 ，主要對它具有的 功 能和它的操作過程進行了詳細的描述。 第三章為系統(tǒng)總體方案的設計，它主要從系統(tǒng) 方案選擇，單片機選擇以及傳感器的選擇對系統(tǒng)的設計方案進行確定。 第四章為系統(tǒng)的硬件設計部分，首先講述了 SN8P1937 的外部電路，由于 SN8P1937具有強大的片內外設，所以在硬件設計的時候只需要按著該芯片的外部電路的要求進行設計即可，其次對各外設電路進行了設計，如鍵盤電 路、 EEPROM 電路 。 第五章為系統(tǒng)的軟件設計部分，這部分是整個系統(tǒng)的重點 ，由于主控芯片 SN8P1937陜西科技大學 畢業(yè) 設計說明書 4 的選擇使得整個系統(tǒng)的硬件電路變的簡單同時它的軟件設計就變的復 雜，這部分主要分為 LCD 驅動程序的設計、鍵盤子程序的設計、 AD 子程序的設計、 電池低壓檢測子程序的設計、 校機子程序，初始化找平衡子程序 和數據處理子程序的設計。 第六 章為總結 。對全文做了總結， 講述了該系統(tǒng)最終實現的功能。 基于 SN8P19 系列單片機 AutoRun 功能體重秤的設計 5 2 體重秤 功 能 描述 與操作方法 體重 秤的 功 能 本系統(tǒng)是基于松翰 1937 單片機設計的，該單片機有豐富的片內資源，在下一章中將 會詳細介紹。該單片機 有四種工作模式 ：正常模式，綠色模式，低速模式，睡眠模式。綠色模式是一個低功耗模式。 在綠色模式下，只有定時器可以繼續(xù)工作，其他的硬件資源都已經停止工作，外部高速 /內部低速振蕩器仍在工作，芯片工作電流降低至 5uA（ 3V） ，可通過設定 T0 來確定系統(tǒng)的喚醒時間，也可以由 P0/P1 的電平觸發(fā)信號立即喚醒。在本系統(tǒng)中，采用 T0 來喚醒，喚醒的時間間隔為 1s。 系統(tǒng) 上電之后便工作 在綠色模式下， 每 1s 喚醒一次，進入正常工作模式，檢測待測重物的重量是否達到開機重量 （ 5kg） ， 如果沒有到則繼續(xù)進入綠色模式。 當 重物的重量達到 5kg 的時候，系統(tǒng)進入到正常工作模式 ，此時硬件資源可以正常工作 。 該體重秤系統(tǒng)具有自動開機功能，而且功耗低很低。 可測量的最大重量為 150kg，最小測量重量為 2kg。 當電池電壓低于單片機工作電壓或待測物體重量超量程的時候系統(tǒng)會報警，提醒用戶。 在本次設計中，體重秤的 性 能可以從以下幾部分說明。 稱重 體重秤在檢測到有壓力信號的時候自動開機 ，在應變片上將重物產生的壓力轉換成電壓信號，送到 AD 轉換器進行轉換，最后將 人體的體重 顯示在液晶屏上。 零點校正 體重秤在 每次開機的時候，會讀取當前狀態(tài)的 AD 轉換的值，并同時將該值記錄為零點的 AD 值，本次開機的測量均是以此為基準。 分段校正 由于傳感器的傳輸曲線不是線性的，而是呈現出拋物線的特性，為了保證稱重的精度要求，就需要對該傳輸曲線進行分段線性，使其與傳感器的傳輸曲線達到更好的擬合。 增益設置 在稱重的過程中可以根據待測物的重量， 改變可編程增益放大器的放大倍數。來達到準確測量。 陜西科技大學 畢業(yè) 設計說明書 6 AD 采樣速率設置 根據采樣定理，為了消除混疊干擾，采樣速率最小為 2 倍的信號的速率，以不同的速率采樣信號，可以濾除不同頻率的雜波，所以可以根據實際應用的情況選擇適當的采樣速率，使信號更加準確的被轉換。 AD 參考電壓設置 不同的傳感器需要不同的 參考電壓，為了增強系統(tǒng)的可擴展性，使系統(tǒng)適應不同的傳感器，可以 設置 AD 的參考電壓的值。 LCD 參數設置 LCD 的偏壓選擇、驅動的輸出時鐘速率和時鐘源也是可以控制的，對不同的 LCD可以選擇 相應的偏壓和驅動時鐘速率，使得系統(tǒng)可以適應不同的 LCD 屏，增強了系統(tǒng)的可擴展性。 體重 秤的操作 以上介紹了 體重秤 的基本 功 能，下 面介紹體重秤 的操作過程，為以后的軟件提供參考 : (a) 當有負載時體重秤會自動開機，開機即可稱重 。 (b) 當稱重數據穩(wěn)定后，重量會閃爍 3 次后鎖定，此時數據為有效讀數。 (c) 稱重穩(wěn)定后不會自動解鎖，重量保持顯示 6 秒后關機，要重復稱重必須在約 6秒內離秤后在繼續(xù)，每次稱重結束會抓取零點。 (d) 系統(tǒng)上電顯示零點的內碼值。 (e) 切換單位的 I/O 口，電平變化，抓取穩(wěn)定的零點 ，然后進入 50KG 校正點。顯示 50KG 閃爍。 (f) 當內碼 較 零點內碼超出 3000 后，則顯示由 50KG 閃爍切換到內碼顯示。穩(wěn)定后進入 100KG 校正點。顯示 100KG 閃爍。 (g) 當內碼 較 50KG 穩(wěn)定點的內碼超出 3000 后，則顯示由 100KG 閃爍切換到內碼顯示。穩(wěn)定后進入 150KG 校正點。顯示 150KG 閃爍。 (h) 當內碼 較 100KG 穩(wěn)定點的內碼超出 3000 后，則顯示由 150KG 閃爍切換到內碼顯示。穩(wěn)定后寫入 EEPROM，然后提示 PASS 后進入正常稱重模式。 本章小結 本章主要介紹了體重秤的功能和 操作方法，軟件操作將上述功能通過軟件的方式描述出來，再加上一些外圍電路便可以實現上述功能。 基于 SN8P19 系列單片機 AutoRun 功能體重秤的設計 7 3 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)方案 選擇 體重秤的應用系統(tǒng)是由硬件和軟件所組成，硬件是指單片機、擴展的存儲器、輸入輸出設備等；軟件部分是各種工作程序的總稱。硬件和軟件只有緊密結合、協(xié)調一致才能提高系統(tǒng)的性能價格比。設計硬件的時候應該考慮軟件的設計方法，而軟件的設計方法是根據硬件原理和系統(tǒng)的功能要求進行的。按照設計的基本要求，系統(tǒng)可分為三大模塊：數據采集模塊，控制器模塊，人機交互界面模塊。 數據采集模塊由壓力傳感器、信號 的前級處理和 AD 轉換部分組成。轉換后的數字信號送給控制器處理，由控制器完成對數字量的處理。驅動顯示模塊和鍵盤完成人機間的信息交換。 在系統(tǒng)設計時，針對各個模塊的功能來設計體重秤的方案有以下幾種： 方案一：此方案是最簡單的設計方案，將壓力傳感器的壓力信號通過模數轉換送入單片機 ，單片機對信號處理后送去顯示。結構原理圖為： 壓力傳感器模數轉換單片機顯示模塊 圖 31 方案一的結構原理圖 此方案就是最基本的數據采集，簡單可行?？梢岳脝纹瑱C內部自帶的 AD 轉換功能進行數據的轉換。該方案的硬件 簡單，軟件在編寫上也不復雜。但是功能單一，只能顯示，沒有輸入接口。該系統(tǒng)的電路可擴展性不好，體重秤的功能過于單一，采集到的信號的抗干擾能力不強，所以達不到設計的標準。 方案二：由于上一個方案存在沒有輸入，信號的抗干擾能力不強的缺點，所以本方案中在前一個方案的基礎上增加了鍵盤輸入裝置，并在電路的前段加上信號調理電路。結構原理圖為： 壓力傳感器信號調理模數轉換單片機鍵 盤 模 塊顯 示 模 塊 圖 32 方案二的結構原理圖 此方案的優(yōu)點是可以通過按鍵進行單位的轉換，由于使用習慣的不同人們習慣用的陜西科技大學 畢業(yè) 設計說明書 8 測量單位，這樣的設 計就更加人性化。因為采集到的信號一般都很微弱，如果在遇到干擾的時候可能會導致測量結果的錯誤，因此采集到電信號后，對電信號進行放大，濾波。增強系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)的穩(wěn)定性會有所提高，讓顯示的數據也更加準確。此方案的缺點是電路較復雜，系統(tǒng)的硬件成本會增加。 方案三：第二種方案已經實現了體重秤的基本功能，但是仍然有一些不足 ，例如當電池用完時應該提示用戶及時更換電池，保存體重秤系統(tǒng)自身的一些信息等。這樣就需要一個低電池檢測電路和 EEPROM 模塊。 結構原理圖為： 壓力傳感器信號放大模數轉換單片機E E P R O M低 電 壓 檢 測按 鍵顯 示 圖 33 方案三的結構原理圖 此方案的優(yōu)點是功能完善，而且操作方案，在上一個方案的基礎上增加了一些更加人性化的設計，當電池的電量低于目以設定的值時，系統(tǒng)會報警提醒用戶更換電池。此外，加上 EEPROM 后系統(tǒng)的可擴展性大大提高。此方案的缺點是硬件電路復雜，硬件成本較高。但是該系統(tǒng)在可靠性，擴展性等方面做得很好，因此該方案可以達到設計的要求 。 單片機選擇 當前市場上的單片機有 51 系列， PIC 的單片機，考慮到設計要求，就需要找到一款內部帶高精度的 AD 轉換器，最好還有可編程增益放大器， 電源電壓 是 有 電池 提供 的，所以這款單片機最好還要有電池低壓檢測功能，顯示的時候一般用的都是液晶顯示，也希望將液晶顯示的驅動也帶有，而這些功能全部是集成在芯片內部的，這樣整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠選擇性將大大的提高，同時系統(tǒng)的整個設計的規(guī)模也將大大減少。 基于以上考慮，我選擇了 SONIX 公司的 SN8P1937 作為主控芯片，該芯片能夠在低電壓下以超低功耗狀態(tài)工作；其控制器具有豐富的片內外設，圖 33 給出了該單片機的引腳圖，該單片機的特點如下： (a) 存儲器配置 OTP ROM： 2K*16bits、 RAM： 128*8bits(bank0)、 8 層堆棧緩存器 LCD RAM： 4*12bits。 (b) I/O 引腳配置 單向輸入引腳： P0；雙向輸入輸出引腳： P P P5；具有喚醒功能的引腳：P0、 P1；內置上拉電阻： P0、 P P P5；外部中斷： P0。 (c) 功能強大的指令集 基于 SN8P19 系列單片機 AutoRun 功能體重秤的設計 9 一個指令周期為 4 個時鐘周期、所有的指令均為一個字長、大部分指令只有一個周期、指令的最長周期為 2 個指令周期、 JMP 指令可在整個 ROM 區(qū)執(zhí)行、查表功能（ MOVC）可尋址整個 ROM 區(qū)。 (d) 可編程增益放大器增益可選選項： 1x/16x/32x/64x/128x (e) 16bit DeltaSigmaADC，具有 14 位精度 ADC 的增益可選項： 1x/2x/4x 2 個 ADC 信道配置 ： 1 個全差分通道、 2 個單端輸入通道。 (f) 兩個中斷源 兩 個內部中斷： T0、 TC0， 一個外部中斷： INT0。 (g) 單電源輸入： —。 (h) 內置看門狗定時器 (i) regulator 內置 regulator 有 電壓 ， 10MA 驅動電流 、內置參考電壓 Bandgap用來監(jiān)控電池電壓、內置電壓比較器、內置 ADC 參考電壓 V(R+,R)=(j) 內置 的 RTC 模式 (k) LCD 驅動： 1/3 或 1/2 偏壓、