【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3。 21 致 謝 22 參考文獻(xiàn) 23 附 錄 25 電子秤的信號(hào)采集、處理、顯示的程序 . 25 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） I 摘 要 隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測(cè)量與儀器帶來(lái)了巨大的沖擊和革命性的影響。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。作為重量測(cè)量?jī)x器，智能電子秤在各行各業(yè)開始顯現(xiàn)其測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)量速度快，易于實(shí)時(shí)測(cè)量和監(jiān)控的巨大優(yōu)點(diǎn)，并開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測(cè)量稱，成為測(cè)量領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。 西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 1 第 1 章 前 言 引言 本 系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89S52 為控制核心，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本控制功能。系統(tǒng)的硬件部分包括最小系統(tǒng) 板，數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互界面三大部分。最小系統(tǒng)部分主要是擴(kuò)展了外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)采集部分由壓力傳感器、信號(hào)的前級(jí)處理和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成。人機(jī)界面部分為鍵盤輸入 ， 128 64 點(diǎn)陣式液晶顯示，及打印機(jī)部分， LCD 顯示部分可以直觀的顯示中文，使用方便。 軟件部分應(yīng)用單片機(jī) C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的全部控制功能，包括基本的稱重功能，去皮和發(fā)揮部分的顯示購(gòu)物清單的功能，可以設(shè)置日期和重新設(shè)定 10 種商品的單價(jià)，同時(shí)具有超重報(bào)警功能，由于系統(tǒng)資源豐富，還可以方便的擴(kuò)展其應(yīng)用 . 電子秤的發(fā)展與現(xiàn)狀 電 子衡器一般是指裝有電子裝置的衡器。因其種類繁多，且涉及到貿(mào)易結(jié)算和保護(hù)廣大消費(fèi)者的利益，所以為世界各國(guó)政府普遍關(guān)注和重視，并被確定為國(guó)家強(qiáng)制管理的法制計(jì)量器具。 50 年代中期電子技術(shù)的滲入推動(dòng)了衡器制造業(yè)的發(fā)展。 60 年代初期出現(xiàn)機(jī)電結(jié)合式電子衡器以來(lái)，經(jīng)過(guò) 40 多年的不斷改進(jìn)與完善，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。我國(guó)電子衡器的技術(shù)裝備和檢測(cè)試驗(yàn)手段基本達(dá)到國(guó)際 90年代中期的水平。國(guó)際上主要有兩種發(fā)展途徑：以美國(guó)為代表的先軍工后民用，先提高后普及的途徑和以日本為代表的實(shí)用化商品化 ，先普及后提高的途徑。我國(guó)應(yīng)屬于后者，盡管軍工部門研究應(yīng)用較早，但并未轉(zhuǎn)為民用，快速發(fā)展和普及還是在近 20 年。近幾 年是關(guān)鍵時(shí)期，急需提高我國(guó)稱重傳感器的總體技術(shù)、工藝和質(zhì)量水 平。 國(guó)際稱重技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向 國(guó)際稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向是，把稱重傳感器的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性作為極其重要的質(zhì)量指標(biāo)，把制造技術(shù)和制造工藝作為核心競(jìng)爭(zhēng)力，緊緊抓住稱重傳感器的特性問(wèn)題、生產(chǎn)問(wèn)題和應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行基礎(chǔ)研究、工藝研究和應(yīng)用研究，其研究方向和特點(diǎn)是： （ 1）在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝中，吸取了工程化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的計(jì)算 機(jī)擬實(shí)技術(shù)和虛擬技術(shù)，加快開發(fā)速度，減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。 （ 2）在彈性體加工中，從單元加工技術(shù)發(fā)展到集成化加工技術(shù)；從剛性制造發(fā)展到柔性制造；從簡(jiǎn)單化經(jīng)驗(yàn)判斷發(fā)展到智能化定量分析。普遍采用柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。 （ 3）生產(chǎn)工藝已不是傳統(tǒng)關(guān)念中的“作坊手藝”，而是技術(shù)與管理相結(jié)合的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。為適應(yīng)多品種、大批量生產(chǎn)，保證產(chǎn)品技術(shù)性能的均一性，生產(chǎn)工藝必須向盡量減少手工操作、人為控制，增加半自動(dòng)化和自動(dòng)化工序方向發(fā)展。例如：采用計(jì)算機(jī)控制，人機(jī)一體化工藝系統(tǒng)和測(cè)試技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)等。 （ 4）與穩(wěn)定性和可靠 性有關(guān)的穩(wěn)定處理工藝在高溫處理，低溫深冷，脈動(dòng)疲勞，超載靜壓等方法的基礎(chǔ)上，又研究出振動(dòng)時(shí)效、共振時(shí)效新工藝，共振 10 分鐘，可消除絕大部西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 2 分殘余應(yīng)力。 稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 稱重傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 、應(yīng)變式稱重傳感器的發(fā)展趨勢(shì)，可用“四化”來(lái)概括，即設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬化，制造技術(shù)柔性化，生產(chǎn)工藝網(wǎng)絡(luò)化，企業(yè)管理信息化。 （ 1）設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬化：包括彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的擬實(shí)技術(shù)和工藝設(shè)計(jì)的虛擬技術(shù)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的擬實(shí)技術(shù)：是指面向彈性體的結(jié)構(gòu)和性能分析技術(shù)，包括動(dòng)態(tài)仿真、動(dòng)力學(xué)分析、強(qiáng)度和剛度有限單元 法計(jì)算、敏感區(qū)應(yīng)變大小與分布等，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的 .工藝設(shè)計(jì)的虛擬技術(shù)：是指面向彈性體生產(chǎn)過(guò)程的模擬和試驗(yàn)，檢驗(yàn)彈性體的可加工性，加工方法和工藝的合理性，保證制造工藝最佳化。設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬化的核心是有限單元計(jì)算和計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真。通過(guò)仿真軟件來(lái)模擬真實(shí)受載情況，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理設(shè)計(jì)和工藝缺陷或錯(cuò)誤，以確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的合理性。 （ 2）制造技術(shù)柔性化：是指在多品種、大批量生產(chǎn)的彈性體加工中，納入先進(jìn)的制造技術(shù)：柔性制造單元（ FMC）、柔性制造系統(tǒng)（ FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自 動(dòng)控制技術(shù)等與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合形成的全新的制造系統(tǒng)。 （ 3）生產(chǎn)工藝網(wǎng)絡(luò)化：是指在生產(chǎn)工藝全過(guò)程中，通過(guò)通訊線路和設(shè)備把各生產(chǎn)工序具有獨(dú)立操作和控制功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互連接起來(lái)，在網(wǎng)絡(luò)軟件管理下，實(shí)現(xiàn)信息的收集、存儲(chǔ)和處理。與傳統(tǒng)的“作坊手藝”生產(chǎn)工藝相比，大大的減少了手工操作，最大限度的排除了人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。 （ 4）企業(yè)管理信息化：是指按計(jì)算機(jī)處理的要求，依據(jù)結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法，建立企業(yè)信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理全面現(xiàn)代化。包括 CAD、 CAM 系統(tǒng)，生產(chǎn)管理系統(tǒng)，商務(wù)決策系統(tǒng)和經(jīng)營(yíng)管理系 統(tǒng)等。 電子衡器發(fā)展趨勢(shì) 為適應(yīng)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，以及電子衡器對(duì)稱重傳感器的新要求，以下課題將是今后一個(gè)時(shí)期的研發(fā)重點(diǎn)： （ a） 快速、低速動(dòng)態(tài)和動(dòng)態(tài)稱重傳感器及其阻尼技術(shù)。 （ b）多功能、多分量稱重傳感器及其測(cè)試方法。 （ c） 微小和超大量程稱重傳感器。 （ d） 防爆、耐壓、耐腐蝕等稱重傳感器。 （ e） 偏心載荷測(cè)量及車載秤用稱重傳感器。 （ f） 大阻值低功耗高精度電阻應(yīng)變計(jì)研制等。 分 析近年來(lái)電子衡器對(duì)稱重傳感器的新要求，不難得出小型化，集成化，多功能化和智能化將是稱重傳感器的重要特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。 （ 1）小型化：是指稱重傳感器總體結(jié)構(gòu)體積小、高度低、重量輕，即小、薄、輕。例如：30t、 60t 彎曲環(huán)式結(jié)構(gòu)，其外形尺寸分別為外徑 120mm 和 150mm，高度只有 50mm 和 60mm。 （ 2）集成化：有結(jié)構(gòu)集成和功能集成兩種形式。結(jié)構(gòu)集成是指彈性體與秤體合二為一的新型結(jié)構(gòu)，例如：稱重板、稱重軌、稱重鉤、稱重環(huán)等。功能集成是指將重量信息采集、放大、變換、傳輸、處理和顯示都集于一體的稱重傳感器，例 如：將敏感元件（彈性體）、轉(zhuǎn)換元件（電阻應(yīng)變計(jì)）、信號(hào)處理電路和稱重顯示控制都集于一體的輪輻式稱重傳感器，其數(shù)字顯示位置就在傳統(tǒng)輪輻式稱重傳感器的接線盒處，通常稱為輪輻式稱重儀。 [2] （ 3）多功能化：是指稱重傳感器本身除具有檢測(cè)重量信息的功能外，還能同時(shí)檢測(cè)其它信息。例如：電子吊秤用稱重傳感器在檢測(cè)重量信息的同時(shí)還可檢測(cè)加速度信息；汽車檢西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 3 測(cè)平臺(tái)用稱重傳感器，可同時(shí)檢測(cè)垂直方向的重量信息和水平方向的側(cè)向載荷，即多分力測(cè)量。 （ 4）智能化：是由于模擬式稱重傳感器輸出信號(hào)小，抗干擾能力差，傳輸距離短，稱重顯 示控制儀復(fù)雜，組秤調(diào)試周期長(zhǎng)，根本不適應(yīng)數(shù)字式智能電子衡器的發(fā)展。稱重傳感器的智能化就是研制新型數(shù)字式智能稱重傳感器，有兩種結(jié)構(gòu)。一是整體型：在稱重傳感器內(nèi)部增加放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換器、微處理器、溫度傳感器等數(shù)字處理電路，利用數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)與工藝實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)補(bǔ)償。二是分離型：將整體型數(shù)字式智能稱重傳感器內(nèi)的數(shù)字電路置于外部接線盒內(nèi)，稱為數(shù)字模盒。將普通模擬式稱重傳感器接入數(shù)字模盒，就可變模擬輸出為數(shù)字輸出，通常將其稱為分離型數(shù)字稱重傳感器系統(tǒng)。 數(shù)字式智能稱重傳感器具有如下特點(diǎn)： （ a） 輸出信號(hào)大，抗干擾能 力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，信噪比高。 （ b） 通過(guò)數(shù)字補(bǔ)償電路和數(shù)字補(bǔ)償工藝，可進(jìn)行線性、滯后、蠕變等補(bǔ)償，改善了性能。 （ c）內(nèi)裝溫度傳感器，通過(guò)補(bǔ)償軟件可進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償，穩(wěn)定性好。 （ d）各數(shù)字式智能稱重傳感器的地址可調(diào)，便于應(yīng)用與互換。 對(duì)某些商用電子計(jì)價(jià)秤而言，只具備稱重、計(jì)價(jià)、顯示、打印功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動(dòng)化緊密結(jié)合，使稱重、計(jì)價(jià)、進(jìn)庫(kù)、銷售管理一體化，實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化。 第 2 章 系統(tǒng)的主要功能與分析 系統(tǒng)的主要功能 基于單片機(jī)的智能電 子秤，是利用稱重傳感器將采集的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸出 0~20mv 的電壓信號(hào)。電壓信號(hào)經(jīng)前端處理及放大，再接入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī)處理完信號(hào)后可以輸出到 LCD 顯示，或直接送入打印機(jī)打印。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： （ a）電子秤測(cè)量范圍 0~20KG。 （ b）采用電阻應(yīng)變傳感器，保證較高的精確度。 （ c）采用專用鍵盤控制芯片及顯示芯片，可以設(shè)定數(shù)據(jù)、 LCD顯示重量及價(jià)格。 （ d）可設(shè)置物品單價(jià)，直接計(jì)算出總價(jià)，并打印顯示結(jié)果，運(yùn)行中通過(guò)鍵盤進(jìn)行設(shè)定和修改、查看等操作。 系統(tǒng)分析 根據(jù)系統(tǒng)要求的功能，對(duì)系統(tǒng)分析如下。 （ a）首先要有傳感器把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，本裝置使用由應(yīng)變電阻組成的稱重傳感器把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。 （ b）要直接把壓力傳感器轉(zhuǎn)化的電壓信號(hào)后送入單片機(jī)處理是不行的。因?yàn)閭鞲衅鬓D(zhuǎn)換的電壓信號(hào)微弱并且是模擬信號(hào)，因此，就要對(duì)信號(hào)進(jìn)行前端放大和模－數(shù)轉(zhuǎn)化，因此在送入單片機(jī)前要經(jīng)過(guò)放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)化電路。 （ c） 經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化的數(shù) 字 信號(hào)在處理前含有干擾信號(hào)，因此要進(jìn)行濾波，濾波又分硬件和西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 4 軟件濾 波 ，通過(guò)比較分析采 用軟件濾波。 （ d）數(shù)字濾波后的信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處 理，但是此信號(hào)由于其與輸入量不是線性關(guān)系，給軟件編程帶來(lái)極 困難，因此本系統(tǒng)先對(duì)其進(jìn)行線性 處理，然后根據(jù)系統(tǒng)要求確定算法進(jìn)行數(shù)字處理軟件編 程。 （ e）單片 機(jī) 處理后的信號(hào)必 須輸出顯示，這時(shí) 應(yīng)要有顯示電路，本裝置用 128 64的 LCD顯示，既可以顯示數(shù) 字 ，也可以顯示中文。結(jié)果也可以轉(zhuǎn) 為 4~20mA 的 DC標(biāo)準(zhǔn)電流和 0~5VDC 標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)輸出。 （ f）最后單片機(jī)可以把信號(hào)輸入打印機(jī)打印總價(jià)格等信息 。 第 3 章 總體方案的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電子秤的指導(dǎo)思想 基于單片機(jī)的智能電子秤，是利用稱重傳感器將采集的壓力信號(hào) 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸出 0~20mv 的電壓信號(hào)。電壓信號(hào)經(jīng)前端處理及放大，再接入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)處理。單片機(jī)處理完信號(hào)后可以輸出到 LCD 顯示，或直接送入打印機(jī)打印 。 方案選擇與方案論證 在對(duì)系統(tǒng)功能的全面分析后，就需要對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行選擇。方案選擇上最主要的是對(duì)傳感器與微控制器的比較與選擇。 （ a）傳感器方面，需要精度高，可靠性好，穩(wěn)定性高，誤差小，同時(shí)要滿足實(shí)際需要。因此我們選擇了 LPSIII 型稱重傳感器。量程 20Kg ，精度為 %，滿量程時(shí)誤差 ，可以 滿足本系統(tǒng)的精度要求。 [3] （ b）微控制器方面，由于基于半導(dǎo)體集成技術(shù)的突飛猛進(jìn)地發(fā)展，各種類型的單片機(jī)正日新月異地涌向市場(chǎng)為單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用人員提供了極大的方便。 INTEL 公司推出的高性能 MCS51 系列八位單片機(jī)一投入市場(chǎng)就很快被使用者所歡迎。隨著時(shí)間的推移，世界各生產(chǎn)單片機(jī)的公司看好 MCS51 系列八位單片機(jī)的強(qiáng)勁趨勢(shì)。在八位單片機(jī)的設(shè)計(jì)上紛紛向 51 系列八位單片機(jī)內(nèi)核靠攏。 PHILIPS 公司首先購(gòu)買了 8051 內(nèi)核的使用權(quán)，并在此基礎(chǔ)上增加具有自身特點(diǎn)的 I178。C 總線， PHILIPS 公司還推出一系列高性能 具有快閃存儲(chǔ)器的標(biāo)準(zhǔn)的 8051 派生型八位機(jī)單片機(jī)，很方便地多次在線編程為用戶帶來(lái)極大方便。 ATMEL 公司通過(guò)技術(shù)交換取得了 8031 內(nèi)核的使用權(quán)生產(chǎn)出 AT89C 系列單片機(jī)。 Cygnal 公司推出的80C51F 又將 8051 兼容單片機(jī)技術(shù)推向了一個(gè)新的高度， 80C51F 單片機(jī)是完全集成混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與 8051 兼容的高速 CIP51內(nèi)核，于 MCS－ 51指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803 805X 匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。除了具有標(biāo)準(zhǔn) 8051 的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件 和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。這些外設(shè)或功能部件包括模擬多路選擇器、可編程增益放大器、 ADC、 DAC、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、 SMBUS、 12C、 UART、 SPI、定時(shí)器、可編程計(jì)數(shù)器、定時(shí)器陣列（ PCA）、數(shù)字 I/O 端口、電源監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器（ WDT）和時(shí)鐘振蕩器等。所有器件都有內(nèi)置的 FLASH 程序存儲(chǔ)器和 256 字節(jié)的內(nèi)部 RAM，有些器件內(nèi)部還有位于 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的 RAM，即 XRAM. 綜上所述： 本系統(tǒng)基于單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)需要大量控制液晶顯示和鍵盤，西南交通大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 5 故不宜采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?CPLD、 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)。（因?yàn)榇笠?guī)?？删幊踢壿嬈骷话闶鞘褂脿顟B(tài)機(jī)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即所解決的問(wèn)題都是規(guī)則的有限狀態(tài)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。本系統(tǒng)狀態(tài)較多，難度較大。）另外系統(tǒng)沒有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們最終選擇了 AT89S52 通用的比較普通單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 總體結(jié)構(gòu) 框圖 要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)電路部分主要包括稱重傳感器及前端信號(hào)放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換采樣電路、 LCD 顯示及峰鳴器報(bào)警電路、外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、鍵盤電路、打印機(jī)接口電路。系統(tǒng)組成框圖如圖 31所示： 圖 31 系統(tǒng)組成框圖 第 4 章 系