【正文】 器。缺點：在高于 14 位分辨率情況下，價格較高；傳感器產(chǎn)生的信號在進行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換之前需要進行調(diào)理，包括增益級和濾波，這樣會明顯增加成本。 (2） 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器：如： ADS780 ADS7804 等。這種結(jié)構(gòu)的 ADC 所有位的轉(zhuǎn)換同時完成，其轉(zhuǎn)換時間 主取決于比較器的開關(guān)速度、編碼器的傳輸時間延遲等。并行比較 ADC 是現(xiàn)今速度最快的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，采樣速率在 1GSPS 以上，通常稱為“閃爍式” ADC。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(yīng)用要求。 基于以上分析，我決定采用制作方便而且精度很好的專用儀表放大器 INA126。~177。其最大輸入偏置電流為 20nA，這一參數(shù)反映了它的高輸入阻抗。 以 INA126 為例 ,接口如下圖所示： 圖 INA126 儀表放大結(jié)構(gòu)圖 放大器增益 ，通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益。 方案三 采用專用儀表放大器，如： AD620， INA126 等。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 缺點：此電路要求 R R4 相等，誤差將會影響輸出精度，難度較大。 優(yōu)點：輸入級加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級為差動放大電路，滑動變阻器 R6 可以調(diào)節(jié)輸出零點，最后一級可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿足滿量程要求。 方案二 由高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放 大器。由于信號轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號就會直接影響最后的測量精度。 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： E i nR4 R4R3 R3R2 R2R1 R1)42( 42E ??????? ??????? △△△△RR RRout （ ） 放大電路的選擇方案 方案一 利用普通低溫漂運算放大器構(gòu)成多級放大器。 SP20CG501 稱重傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，其工作原理如圖 所示： 圖 傳感器工作原理圖 其工作原理：用應(yīng)變片測量時，將其粘貼在彈性體上。 在稱重 2Kg～ 10Kg 的物體時，選用 SP20CG501 電阻應(yīng)變 傳感器 組成的 稱重 電路，由于 SP20CG501 由組合式 S 型梁結(jié)構(gòu)及金屬箔式應(yīng)變計構(gòu)成， 同樣 具有過載保 護裝置。 (5)傳感器使用過程受溫度影響的特性和蠕變特性 經(jīng)過查詢資料對比，適 合本設(shè)計的可以用 LPSIII 型傳感器，最大量程為 20Kg，精度為 %，滿量程時誤差為 ；也可以 采用 SP20CG501 電阻應(yīng)變式傳感器 ,其最大量程為 Kg，精度為 %，滿量程時誤差為 。 (4)傳感器的量程范圍。 (3)傳感器的精度等級。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 稱重傳感器在選用過程中一般要考慮以下問題： (1)安裝要求，有些場合就直適合某種特定的稱重傳感器。它不受測力點變化的影響。柱環(huán)式傳感器由于本身的結(jié)構(gòu)特性目前大多僅用于測量拉力，其精度一般在 到 之間。橋式傳感器的彈性體形狀象橋，因此得得名。柱式傳感器的測量范圍都 很大，一般最大可以達到幾百噸，它剛性好，抗過載能力強，加工也簡單，重量也比較輕?，F(xiàn)代科技的快速發(fā)展使人類社會進入了信息時代，在信息時代人們的社會活動將主要依靠對信息資源的開發(fā)和獲取 、傳輸和處理，而傳感器處于自動檢測與控制系統(tǒng)之首，是感知獲取與檢測信 息的窗口；傳感器處于研究對象與測控系統(tǒng)的接口位置，一切科學研究和生產(chǎn)過程要獲取的信息，都要通過它轉(zhuǎn)換為易傳輸與處理的電信號。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 AT89S52內(nèi)部帶有 8KB 的程序存儲器，基本上已經(jīng)能夠滿足我們的需要。這些配置能夠很好地實現(xiàn)本儀器的測量和控制要求。 AT89SXX 系列與 MCS51 相比有兩大優(yōu)勢：第一，片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器，使程序?qū)懭敫臃奖悖坏诙?，提供了更小尺寸的芯片，使整個硬件電路體積更小。再則由于系統(tǒng)沒有其它高標準的要求，又考慮到本設(shè)計中程序部分比較大，根據(jù)總體方案設(shè)計的分析，設(shè)計這樣一個簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶 EPROM的單片機，由于應(yīng)用程序不大，應(yīng)用程序直接存儲在片內(nèi)，不用在外部擴展存儲 器，這樣電路也可簡化。 硬件方案設(shè)計與論證 CPU的選擇方案 本文基于以 單片機為主控制器的設(shè)計，可以容易地將計算機技術(shù)和測量控制技術(shù)結(jié)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代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。其主要在 PC 機接口卡的總線接口、程控交換機的信號處理與接口、雷達聲納系統(tǒng)的成像控制與數(shù)字處理、數(shù)控機床的測試系統(tǒng)等方面有廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示： 圖 電子稱系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖 FPGA 的邏輯容量密度大，集成度高，可大大減少印刷電路板的空間，減低系統(tǒng)功耗，同時還可以提高設(shè)計的工藝性和產(chǎn)品的可靠性。從下圖中可以看到系統(tǒng)的基本工作流程和各單元電路所用到的核心器件。系統(tǒng)集成于一片 Xilinx 公司的 SpartanⅡ系列 XC2S100E 芯片上，體積大大減小、邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍廣等特點，可實現(xiàn)大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電路。使用這種方案會給系統(tǒng)設(shè)計帶來一定的難度。單片機控制適合于功能比較簡單的控制系統(tǒng) ,而且其具有成本低 ,功耗低 ,體積小算術(shù)運算功能強 ,技術(shù)成熟等優(yōu)點。這種方案不僅加強了人機交換的能力，而且滿足設(shè)計要求，可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容。這樣在處理輸入輸出接口時需要另行擴展足夠多的 I/O 接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示 ： 圖 帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡圖 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 此方案設(shè)計的電子秤，可以實現(xiàn)稱物計 價功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時只能顯示單價、購物總額以及簡單的貨物代碼等。又因為采用了具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬件的擴展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達不到設(shè)計的標準。缺點是：硬件部分簡單，雖然可以實現(xiàn)電子稱基本的稱重功能 ，但是不能實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法 實時 地設(shè)定各種控制參數(shù)。 結(jié)構(gòu)簡圖如下： 圖 數(shù)碼管顯示方案 此方案利用數(shù)碼管 顯示物體重量，簡單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機。 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 這種高精度智能電子秤體積小、計量準確、攜帶方便 ,集 重量 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。精度等級 Ⅲ 級 。 主要技術(shù)指標為：稱量范圍 0～ 10Kg。 (5)依據(jù)稱重系統(tǒng)的總 電路，通過 Keil軟件 C語言編程和 Proteus仿真，實現(xiàn)模擬的 稱重 顯示。 (3)對 于 稱重器的硬件系統(tǒng)，重點介紹 關(guān)于 精度、轉(zhuǎn)換速率的壓力傳感器和 A/D轉(zhuǎn)換模塊器件的選取。 本文主要主要以下幾個方面的工作： (1)詳細講解了稱重器工作原理。單片機經(jīng)過相應(yīng)的處理后，得出當前所稱物品的重量及總額，然后再顯示出來。 另外由于實際應(yīng)用當中，稱 重器 可以有一 定量的過載，但不能超出要求的范圍， 系統(tǒng)自動零顯示 ，提 示出錯 。電子秤有些已具備了動態(tài)稱量模式 , 即通過進行算術(shù)平均、積分處理和自動調(diào)零等方法 , 消除上述的誤差；附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。 電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展，而且更需向多種功能的方向發(fā)展。本系統(tǒng)在設(shè)計過程中，除了能實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能外，設(shè)計兩個稱重電路以對應(yīng)不同精度、不同承重范圍的物品， 還增加了 超重提示 功能 ， 在連 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 接電路圖時，選用盡量少的管腳來實現(xiàn)設(shè)計的全部功能，這樣方便以后的功能拓展，比如 可以實現(xiàn)和其他機器或設(shè)備（包括上位 PC機和數(shù)據(jù)存儲設(shè)備）交換數(shù)據(jù) 。雙精度電子稱便是基于此而提出的研發(fā)課題，不僅能夠自動切換精度進行測量不同物體，還能夠克服上述諸多缺點，實現(xiàn)操作簡易、維修容易、調(diào)整時間短、不易損壞等特點，還具有較大的實用價值。 這些特點導(dǎo)致了中小型 市場上電子稱 產(chǎn)品的整體水平 偏低 ，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。功能更加齊全的高精度的先進電子稱將會不斷問世，其應(yīng)用范圍也會更加 廣闊 。目前的電子稱有附加多種計算和數(shù)據(jù)額處理功能，以滿足多種使用的要求 。 目前電子稱的附加功能主要 有以下 幾種： (1)具有皮重、凈重顯示、語音播報等功能呢。目前，由于電子衡器具有稱量快、讀數(shù)方便、能在惡劣條件下工作、便于與計算機技術(shù)結(jié)合而實現(xiàn)稱重技術(shù)和過程控制的自動化特點，已被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、能源交通、商業(yè)貿(mào)易和科學技術(shù)等各個部門，但商用電子稱在國內(nèi)的發(fā)展，并沒有像其他功用的電子秤一樣取得飛速的發(fā)展，只有在部分大型超市可以看到多功能電子稱的運用，但其造價高操作復(fù)雜，無法在中小市場得到廣泛的推廣應(yīng)用，中小市場仍然依賴于傳統(tǒng)的桿秤和簡易的低精度電子稱，但隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，以及衡器工藝技術(shù)的不 斷完善，更多品種的的電子稱研發(fā)必然會推動中小市場電子秤的改進 。 80 年代以來，我國通過自行研究引進消化吸收和技術(shù)改造。 回首國內(nèi)，我國的衡器在 20 世紀 40 年代以前還全是機械式的， 40 年代開始發(fā)展了機電結(jié)合式的衡器。近年來電子稱已成為工藝技術(shù)、儲運技術(shù)、頂包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可或缺的組成部分。特別是近 30 年以來，工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重以及產(chǎn)品質(zhì)量的檢測等工作，都離不開輸出信號的電子衡器。當時帶電子裝置的衡器其稱重工作是機械式的，但與稱重有關(guān)的顯示、記錄、遠傳式控制器等功能是電子方式的。在 1954 年使用了帶新式打印機的傾斜式稱，其輸出信號能控制商用結(jié)算器，并且用電磁鐵機構(gòu)與人工操作的按鍵與辦公機器聯(lián)用。這些缺陷在中小市場上尤顯不足， 因此大部分產(chǎn)品還都是相對比較簡易的桿秤或是操作簡便的電子秤，這些稱重 儀器在進行粗精度測量時還可以滿足要求，但要進行高精度的稱量，比如藥材、茶葉等微量商品時，往往無法滿足要求，因此研發(fā)一種多精度簡易的電子商用稱將具有很大的研究意義和研究價值。因此 衡器產(chǎn)品技術(shù)水平的高低， 將 直接影響各行各業(yè)的現(xiàn)代化水平和社會經(jīng)濟效 益的提高。 而 衡器 作為 國家法定計量器具， 自古以來就被人們所重視，作為一種計量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個領(lǐng)域， 與人民的生活緊密相連， 是國計民生、國防建設(shè)、 科學研究、內(nèi)外貿(mào)易不可缺少的計量設(shè)備 。 整個電子稱系統(tǒng)能夠智能化的實現(xiàn)雙精度自動測量、自動報警、直觀顯示等功能，具有操作方便 ， 雙精度測量準確 ，成本低 、穩(wěn)定性可靠性高 等特點， 可以更好的 應(yīng)用于不同的應(yīng)用場合 ， 適應(yīng)了 中小型市場的需求 。主要分為 五 個模塊：雙精度的物體 重量采集 模塊、單片機處理模塊、 鍵盤控制模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊以及 軟件 驅(qū)動模塊。 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 基于 51 單片機的 雙精度 電子稱設(shè)計 系 別 自動化工程系 專 業(yè)名稱 測控技術(shù)與儀器 班級 學號 5080930 學生 姓名 靳姍 指導(dǎo)教師 齊世清 2020 年 6 月 15 日 東北大學秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 I 頁 基于 51 單片機的雙精度電子稱設(shè)計 摘 要 隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，電子衡器稱重技術(shù)同樣也得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，各種數(shù)字化智能化的電子衡器逐漸問世，但商用電子稱作為電子衡器的重要一部分，在中小型市場的智能化并沒有得到普及，依然以桿秤、臺秤和簡易電子稱為主的商用電子秤，存在著精度差、易損壞、難維修等缺陷 ，尤其是在進行輕微物體如茶葉、藥材等的測量時誤差更明顯。 本文設(shè)計的 雙精度 電子稱 主要 以 AT89S52 單片機為 核心 ， 通過 Proteus 軟件和 KEIL軟件 實現(xiàn) 了 對電子稱的功能 仿真 設(shè)計。以不同壓力傳感器采集壓力參數(shù)，經(jīng)過信號處理和 A/D 轉(zhuǎn)換送給單片機，單片機通過重量參數(shù)自動選擇12 位 精度值 或 8 位精度值 進行運算處理，最終將鍵盤輸入的單價值和總價值在LCD12864 液晶 上進行實時顯示 。 關(guān)鍵詞： 雙精度 電子稱，單片機 AT89S52，稱重傳感器， A/D 轉(zhuǎn)換， 液晶 顯示器