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基于at89s52單片機設(shè)計的電子秤課程設(shè)計-在線瀏覽

2024-07-24 13:23本頁面
  

【正文】 第 2 頁 摘 要 本文描述了基于 AT89s52 單片機設(shè)計的電子秤原理及 實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)由51單片機的改良版 52 單片機控制,通過液晶屏自動顯示所稱物體的重量。測量電路利用電阻式應(yīng)變器件將物體的重量信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng) 大小的電信號,通過差動放大電路將電信號放大到 AD 芯片能夠識別的范圍內(nèi)從而 能 將電信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號送給單片機處理, 最終在液晶上顯示所稱物體的重量,系統(tǒng)通過軟件實現(xiàn)自動換擋。 關(guān)鍵詞:稱重傳感器、差分放大器、模數(shù)( AD)轉(zhuǎn)換器、 AT89S52 單片機、1602 液晶、 自動換擋。 2.用數(shù)字顯示被測重量,小數(shù)點位置對應(yīng)不同的量程顯示。 用電子秤稱重的過程是把被測物體的重量通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號。由于被測物體的重量相差較大,根據(jù)不同的測量范圍要求,可由電路自動切換量程,同時顯示器的小 數(shù)點數(shù)位對應(yīng)不同量程而變化,即可實現(xiàn)電子秤的要求。此信號由放大電路進行放大、經(jīng)濾波后再由模 /數(shù)( A/D)轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換,單片機對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行必要的判斷、分析,再送到顯示電路。 ( 1)量程:電子衡器的最大稱量 Max,即電子秤在正常工作情況下,所能稱量的最大值。 ( 3)分度數(shù):衡器的測量范圍被分成若干等份,總份數(shù)即為分度數(shù)用 n 表示 , 電子衡器的最大稱量 Max 可以用總分度數(shù) n與分度值 d 的乘積來表示,即 : Max=n ?d。 此方案的優(yōu)點是外部電路非常簡單,能實現(xiàn)較高的精度。 圖 方案一方框圖 通過 稱 重電橋產(chǎn)生電壓信號,經(jīng)放大電路把信號放大后輸入 A/D轉(zhuǎn)換芯片 進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,再將得到的數(shù)字信號送至單片機 進 行處理并送 入 液晶顯示 。 所以綜合各方面條件我們選擇方案二作為最終設(shè)計方案。 數(shù)據(jù)采集電路 放大電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 顯示 電路 第 5 頁 圖 方案二方框圖 三、 電子元器件的選取 : 基于原理上 的考慮,四級換擋每 一級別的換擋原理完全一樣,加之 能承受大重量的傳感器價格 過 高無法承受,所以我們選用量程為 3kg的小型稱重傳感器 以實現(xiàn)一二級別檔位的自動轉(zhuǎn)換,另兩檔位在傳感器滿足條件的情況下可按同樣的方式實現(xiàn),所以該改動對設(shè)計的考察范圍影響不大。 換 (A/D)芯片的選取 根據(jù)本課題的要求,要滿足最低檔位的分辨率,必須選取位數(shù)較高的 A/D芯片,串行的 TLC2543 芯片驅(qū)動程序相對并行 A/D 復(fù)雜一點,但根據(jù)市場零售價 數(shù)據(jù)采集電路 放大電路 A D 轉(zhuǎn) 換 單 片 機 顯示電路 自動換擋電路 第 6 頁 格比較,該芯片是滿足要求的最便宜的芯片,本著開發(fā)項目盡量縮減成本的原則我們最終選取了該芯片。 四、 各 硬件 模塊的具體實現(xiàn)方案 系統(tǒng)硬件以 OP07為核心,包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集及放大模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、自動換檔模塊、數(shù)碼管顯示模塊。 電源原理 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成,如圖 圖 電源方框及波形圖 A、 整流和濾波電路:整流作用是將交流電壓 U2變換成脈動電壓 U3。 B、 穩(wěn)壓電路:由于得到的輸出電壓 U4受負載、輸入電 壓 和 溫度的影響不穩(wěn)定,為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路,從而得到穩(wěn)定的電壓 U0。圖 的 +5V電源 主要用于電橋數(shù)據(jù)采集、給 A/D( TCL2543) 供電 、 液晶 顯示 ; +9V電源用于給 LM336 基準源供電、 信號放大電路、 ; 5V 為 OP07 參考電壓和用于調(diào)零電路。 圖 電源原理圖 電阻應(yīng)變式傳感器就是將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化 , 再經(jīng)相應(yīng)的測量電路而最后顯示或記錄被測量值的變化。并應(yīng)根據(jù)測量對象的要求,恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個主要部分,一個是彈性敏感元件:利用它將被測的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值;另一個是電阻應(yīng)變計:它作為傳感元件將彈性體的應(yīng)變,同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。這樣小的電阻變化用一般測量電阻的儀表很難測出,必須采用一定形式的測量電路將 微小的電阻變化率轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化,才能用二次儀表顯示出來。電 阻應(yīng)變式稱重傳感器工作原理框圖如圖 421所示: 載荷 P 電壓 應(yīng)變 ε 電阻變化 Δ R 輸出 敏感元件 應(yīng)變片 測量電橋 第 8 頁 圖 421電阻應(yīng)變式稱重傳感器工作原理框圖 當(dāng)傳感器不受載荷時,彈性敏感元件不產(chǎn)生應(yīng)變,粘貼在其上的應(yīng)變片不發(fā)生變形,阻值不變,電橋平衡,輸出電壓為零;當(dāng)傳感器受力時,即彈性敏感元件受載荷 P時,應(yīng)變片就會發(fā)生變形,阻值發(fā)生變化,電橋失去平衡,有輸出電壓。 若不考慮 Rm , 在 應(yīng) 變 片 電 阻變 化 以 前 , 電 橋 的輸 出 電 壓 為 : 由于橋臂的起始電阻全等,即 R1 = R2 = R3 = R4 = R,所以 V=0 。 第 9 頁 如果四個橋臂應(yīng)變片的靈敏系數(shù)相同,且 ?KRR?? ,則上式又可寫成: 式中 K為 應(yīng)變片靈敏系數(shù),ε為應(yīng)變量。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中, 4 個應(yīng)變片分別貼在彈性梁的 4個敏感部位,傳感器受力作用后發(fā)生變形。再加之應(yīng)變片阻值變化的絕對值相同,即 : △ R1 = △ R3 = + △ R 或ε 1 = ε 3 = +ε △ R2 = △ R4= △ R 或ε 2 = ε 4 = ε 因此: eKRmRReRRRmRReRmRRRRRRRRV?22222?????????????????? ?????? 令 eUSu?,則 ?KRmR RSu 2??, SU 稱為傳感器系數(shù)或傳感器輸出靈敏度。但其檢測原理決定該類傳感器輸出電壓低 ,要經(jīng)過差分放大電路放大數(shù)百倍才能用于 A/D 轉(zhuǎn)換。在設(shè)計高精度電子秤時,需要外部放大電路來獲得足夠的增益。它只需 高精度 OP07 和幾只電阻器,即可構(gòu)成性能優(yōu)越的儀表用放大器。 OP07 參數(shù): 1) 低的輸入噪聲電壓幅度 — μ VPP ( ~ 10Hz) 2) 極低的輸入失調(diào)電壓 — 10 μ V 3) 極低的輸入失調(diào)電壓溫漂 — μ V/ ℃ 4) 具有長期的穩(wěn)定性 — μ V/MO 5) 低的輸入偏置電流 —
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