【導(dǎo)讀】本稱重系統(tǒng)采用單片機AT89C51為控制核心，實現(xiàn)稱重儀的基本控制功能。由于稱重儀設(shè)計中電路的精度及抗工頻干擾能力要求較高，故選用精?？刂朴嫈?shù)，并且使數(shù)碼管顯示數(shù)值。本系統(tǒng)通過應(yīng)用傳感器，各種芯片及單片。機使得該系統(tǒng)的實際操作性更強，便于應(yīng)用于工業(yè)上。

　　

【正文】 /O 電路與其相連。MC14433 與 8051 單片機的 P2 口相連的電路如圖 311 所示： 24 圖 311 MC14433 與單片機連接圖 該電路采用查詢方式管理 MC14433 的操作。由于引腳 EOC 與 DU連接在一起，所以 MC14433 能自動轉(zhuǎn)換。 前級放大模塊 INA121 儀表放大器 INA121 構(gòu)成的放大器及濾波電路如圖 312 所示： 圖 312 INA121 構(gòu)成的放大器 這里通過調(diào)節(jié) R3 的阻值來改變放大倍數(shù)。微弱信號 V和 V+被分別放大后從 INA121 的第 6 腳輸出。雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433 的輸入電壓變化范圍是 25 2V～ +2V，稱重儀模擬器的輸出電壓信號在 0～ 12mv 左右，因此放大器的放大倍數(shù)在 100~200 左右，可將 R3 接成 1K 的滑動變阻器，從而改變 其放大倍數(shù)。由于輸入信號為直流電壓，在 INA121 的輸入管腳之前需接入濾波電路。 自動稱重模塊 根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，壓力傳感器選擇 CYY1 型微量固態(tài)壓力傳感器，它是由半導(dǎo)體應(yīng)變片構(gòu)成的橋式輸入動態(tài)壓力傳感器，測量范圍是 0～ 1kg/cm^2，橋路供電電壓為 6V,橋路輸出電壓最大為 20mV， CYY1 型壓力傳感器的電路圖如圖 313 所示： R2R E S 2R3R E S 2R4R E S 2R5R E S 2R1P O T 2+ 6V 圖 313 CYY1 型壓力傳感器 圖中 RP 是電橋調(diào)零電位器，為連接調(diào)零電位器方便，橋路本身并未接成閉合橋路。 顯示模塊與控制模塊的連接 本系統(tǒng)的控制模 塊與顯示模塊的連接相對較簡單，主要實現(xiàn)以下功能 。 1 處理重量數(shù)據(jù) 。 2 實現(xiàn)重量的顯示 。 3 控制數(shù)碼管的顯示 。 具體分別 如圖 314 和圖 315 所示： 26 圖 314 顯示模塊 1 與控制模塊的連接 V C C、P 07P 06P 05P 04P 03P 02P 01P 00L8L7L6L5L4L3L2L1R8R7R6R5R4R3R2R1 圖 315 顯示模塊 2 與控制模塊的連接 主要對構(gòu)成整個硬件系統(tǒng)的各個元器件進行分析，并對一些元器件之間的相互連接進行設(shè)計，這樣的分析對整個硬件系統(tǒng)的建立大有裨益。 A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9V C C14G N D77 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9V C C14G N D77 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9V C C14G N D77 4 L S 1 6 4A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9V C C14G N D77 4 L S 1 6 4abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp99V C CabfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp99abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp99abfcgdeDPY1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdp99p 1 7p 1 6 27 系統(tǒng)測試 硬件抗干擾的設(shè)計 各種干擾是機電一體化系統(tǒng)和裝置出現(xiàn)瞬時故障的主要原因。干擾的抑制要從干擾源、傳播途徑、接收器三個方面入 手。因此，在系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)盡可能避開干擾源，并針對不同的干擾源，對耦合通道采取有效的方法。干擾竄入系統(tǒng)的渠道有三種，即空間干擾，過程干擾，和供電系統(tǒng)的污染。一般常用的抗干擾措施有合理布置電源、屏蔽干擾源、隔離、濾波、接地等。 電源的干擾以及抑制措施 任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻，這些內(nèi)阻就會引起電源的噪聲干擾。由于電源是整個系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，并且危害最嚴重的干擾源是電源的污染。電源性能的好壞在很大程度上將直接影響整個系統(tǒng)的可靠運行。由于工業(yè)控制計算機的電源都接自電網(wǎng)，故由于現(xiàn)場的用電情況復(fù)雜。如電網(wǎng) 電壓不穩(wěn)定，對計算機系統(tǒng)造成很大的干擾，干擾微機系統(tǒng)的正常工作，因此，系統(tǒng)選用帶恒溫的高精度基準的電源，并對此電源的輸出電源進行預(yù)穩(wěn)壓，這樣有效的保證了系統(tǒng)的抗干擾能力和 A/D 轉(zhuǎn)換精度。 空間干擾的防御措施 空間干擾主要是指電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。對外來的空間干擾，主要的措施是屏蔽用金屬殼體，并將機殼接地，起封閉金屬罩的作用，對共膜干擾有較強的抑制作用，在布線時，注意模擬地和數(shù)字地分開，最后經(jīng)一點接入大地。將電源布置的盡可能粗，并使電源、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞方向盡可能一致，以 增強抗噪聲能力。 總的來說，該方案設(shè)計的稱重控制系統(tǒng)，電路簡單，成本較低，工作可靠；并且該自動稱重系統(tǒng)還實現(xiàn)了可視化，其界面直觀，便于使用，從而杜絕不真實計量現(xiàn)象，維護企業(yè)和客戶的利益。 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實現(xiàn)模塊和運算控制模塊。 主程序模塊 主程序主要完成控制系統(tǒng)各部件的初始化和實現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實際測量中各個功能模塊的協(xié)調(diào)在無外部中斷申請時，單片機通過循環(huán)對所稱物體進行顯示。把設(shè)置鍵作為外部中斷 0，以便能對數(shù)字按鍵進行相應(yīng)處理。主程序流程圖如下圖 316 所示： 28 圖 316 系統(tǒng)總流程圖 子程序模塊 查詢子程序流程圖見圖 317 所示 ： 開始 調(diào)用查詢子程序 將千 .百 .十 .個位依次放入 R1. R2. R3. R4中 調(diào)用顯示子程序 返回 29 圖 317 查詢子程序流程圖 開始 P2口送入 A 千位選通信號DS1=1 N Y 千位送入 20H高 4位 5 位 P2口送入 A 百位選通信號 DS2=1 N Y 百位送入 20H低 4位 P2口送入 A 十位選通信號 DS3=1 N Y 十位送入 21H高 4位 個位送入 21H低 4位 結(jié)束 Y 個位選通信號 DS4=1 P2送入 A N 30 中斷程序模塊圖 如圖 318 為中斷服務(wù)程序流程圖： 圖 318 中斷服務(wù)程序流程圖 中斷程序 該中斷是單片機內(nèi)部 5S 定時中斷，優(yōu)先級設(shè)為最低，但卻是最重要的子程序。在該中斷響應(yīng)中，單片機要完成 A/D 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換、數(shù)值濾波、判斷是否有越限、標(biāo)度轉(zhuǎn)換處理、繼續(xù)顯示當(dāng)前重量、與額定值進行 比較，調(diào)用模糊控制子程序并輸出控制信號等功能。 中斷子程序 T1 定時中斷嵌套在 T0 中斷之中，其定時初值由模糊控制子程序提供， T1中斷相應(yīng)的時間用于輸出稱重儀的控制信號。 調(diào)零程序模塊圖 該系統(tǒng)設(shè)置 調(diào) 零鍵，以方便調(diào)整硬件零件。使用方法是，開機后按 調(diào) 零鍵，系統(tǒng)進入 調(diào) 零程凋序，調(diào)整 調(diào) 零點位齊，使顯示器顯示為零后退出。程序流程如圖 319 所示： 恢復(fù)現(xiàn)場 進行鍵功能散 轉(zhuǎn) 保護現(xiàn)場 讀鍵值 開始 清除鍵存放單元 開中斷，中斷返回 31 圖 319 調(diào)零程序流程圖 顯示程序流程圖 此系統(tǒng)是自動稱重系統(tǒng)，表現(xiàn)的是動態(tài)的乳粉落下裝入乳粉袋中的重量，使最終達到想要的重量，但此系統(tǒng)也可以單獨使用，為了 使此稱重系統(tǒng)能單獨作為一個電子稱來使用，故設(shè)置該鍵。按下該鍵后可直接稱量，稱完重量后按RETURN 鍵，可繼續(xù)進行包裝稱重。程序流程如圖 320 所示： 轉(zhuǎn)換為 BDC 碼 調(diào)顯示子程序 是 RETURN 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 N Y 采樣并濾波 停異步電機 啟動 A/D 保護現(xiàn)場 32 圖 320 顯示鍵程序流程圖 退出程序流程圖 該鍵的作用即終止程序的運行，當(dāng)按下此鍵后系統(tǒng)的程序結(jié)束運行，要想繼續(xù)使用此系統(tǒng)中的程序，只有按 RETURN 鍵。程序如圖 321 所示： 圖 321 退出鍵程序流程圖 顯示總數(shù)程序流程圖 當(dāng)所有稱重工作結(jié)束后，按下該鍵后會顯示系統(tǒng)的累計乳粉袋數(shù)，程序流程如圖 322 所示： 停異步電機 是 RETURN 返回 N Y 停步進電機 保護現(xiàn)場 啟動 A/D 采樣并濾波 有校核標(biāo)志嗎 去皮重 校核 BDC 碼轉(zhuǎn)換 調(diào)顯示子程序 是 RETURN 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 N Y N Y 33 圖 322 顯示總數(shù)程序流程圖 4 結(jié)束語 在研究這個畢業(yè)設(shè)計的過程中，曾經(jīng)遇到了許多麻煩：在單元的選擇上光電傳感器還是紅外對射式，還是用紅外發(fā)送接收管曾經(jīng)讓我迷茫。在單片機的選擇上是選擇內(nèi)部具有 4KB 字節(jié)的閃爍存儲器的 AT89C51 還是還選擇具有 8K 的AT89C2051 或是 STC89C51 曾經(jīng)也讓我困惑不已（其實任選一款都可以實現(xiàn)，但是曾經(jīng)考慮的是資源浪費和元件的價格問題）。而最讓我感到迷茫的是是否用紅外發(fā)射接收管能產(chǎn)生高低電平或是脈沖信號，怎樣實現(xiàn)讓其產(chǎn)生脈沖或電平的跳變信號。其實通過設(shè)計要求可以看出根 本不需要對 AT89C51 進行過多的考慮，也不需要對其進行任何擴展，就可以利用七段數(shù)碼管進行計數(shù)，但在計數(shù)過程中，由于利用的是動態(tài)掃描，第一次做實驗的過程中，數(shù)碼管很暗，后來增加了一個驅(qū)動級，才使數(shù)碼管正常發(fā)光。 基于單片機構(gòu)成的產(chǎn)品自動計數(shù)器能夠?qū)崿F(xiàn)實時、穩(wěn)定、精確的計數(shù)。如果要對這個課題進行深入的研究可以采用 AT89S52 為控制單元的產(chǎn)品自動計數(shù)器在配合專用數(shù)據(jù)保護芯片（如 AT24C02）、單片機專用保護芯片、看門狗自動動復(fù)位芯片（ MAX813）、按鍵設(shè)定計數(shù)上限報警功能等就可以很好的提高整個系統(tǒng)的性能和 實用性。 產(chǎn)品自動計數(shù)器的設(shè)計的抗干擾問題永遠是設(shè)計者們研究的課程！只要能有效的遏制這個缺陷形成一個優(yōu)質(zhì)的自動技術(shù)產(chǎn)品指日可待?。?AT89C51 單片機允許工作的溫度范圍： 55 C。 ～ 150 C。 ，工作的頻率范圍上限是： 24MHZ）。 畫插圖過程中，一開始想利用 word 本身制作，可 word 畫出的圖果不僅不好，而且如果文章一有點小改動，插圖無法連接，分散開來，這樣修改起來又不方便。后來想到用 Auto CAD 繪制，這樣就不會因為文章中間有改動而得重新整合插圖了。 BDC 碼轉(zhuǎn)換 調(diào)顯示子程序 是 RETURN 恢復(fù)現(xiàn)場 返 回 N Y 保護現(xiàn)場 34 繪制 PCB 板的時候，由于 Altium Designer 軟件本身沒有我們所需要的所有元件庫，這樣使用起來不是得心應(yīng)手，后來經(jīng)過一整天的上網(wǎng)查資料和查了書上繪制原理圖到 PCB 板的過程后，得知 Altium Designer 是可以在繪制原理圖過程中，隨意改封裝，而且也可以任意更改原理圖的管腳名稱、電氣特性、 IO口的作用，還可以隱藏管腳等。好的一點是 Altium Designer 83 這個軟件在編輯原理圖和繪制 PCB 文檔時，顯示的對應(yīng) PCB 封裝圖全部都是 3D封裝，一目了然，也節(jié)省了不少功夫。但是 PCB 板圖畫出來是黑色背景，導(dǎo)入 word 中，然后打印出來后肯定是一片黑色，無法看清，最后得知， Altium Designer 中還有一個智能 PDF 生成器的工具，導(dǎo)成 PDF 文件后，就是白色背景，這樣再截圖到word 中就解決打印后無法看清的問題了。 本次設(shè)計的基于單片機構(gòu)成的產(chǎn)品自動計數(shù)器沒有任何停止、復(fù)位等功能按鍵，上電便進行計數(shù)工作。僅作為自動計數(shù)產(chǎn)品理論研究之用。 35 參考文獻 [1] 周航慈 .單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù) .北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020. [2] 李朝青