【正文】 《專業(yè)綜合》課程設(shè)計 I 摘要 電子秤是將檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)、 計算機(jī)技術(shù)、信息處理、數(shù)字技術(shù)等技術(shù)綜合一體的現(xiàn)代新型稱重儀器， 它與我們?nèi)粘Ｉ罹o密結(jié)合成為一種方便、快捷、稱量精確的工具，廣泛應(yīng)用于商業(yè)、工廠生廠、集貿(mào)市場、超市、大型商場、及零售業(yè)等公共場所的信息顯示和重量計算。專業(yè)綜合課程設(shè)計任務(wù)書 學(xué)生姓名 : 楊 柳 專業(yè)班級 : 電信 1005 班 指導(dǎo)教師 : 李 達(dá) 工作單位 : 信息工程學(xué)院 題 目 : 手提數(shù)字顯示電子秤設(shè)計 初始條件 : （ 1） 提供實(shí)驗(yàn)室機(jī)房； （ 2） 模擬、數(shù)字電子技術(shù)的基本理論學(xué)習(xí)。 要求完成的主要任務(wù) :(包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求 ,以及說明書撰寫等具體要求 ): （ 1） 電路由測量電路，差動放大電路， A/D 轉(zhuǎn)換電路，顯示電路組成 ； （ 2） 測量電路采用電阻應(yīng)變式傳感器 ； （ 3）采用 差動放大電路把 傳感器輸出的微弱的模擬信號進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，以滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求 ； （ 4） 重范圍為 5kg； （ 5）對結(jié)果進(jìn)行分析； （ 6）要求閱讀相關(guān)參考文獻(xiàn)不少于 5 篇； （ 7）根據(jù)課程設(shè)計有關(guān)規(guī)范，按時、獨(dú)立完成課程設(shè)計說明書。 電子稱主要以單片機(jī)作為中心控制單元，通過稱重傳感器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，在配以鍵盤、顯示電路及強(qiáng)大軟件來組成。 本系統(tǒng)針對電子稱的自動稱重、數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行了設(shè)計和制作。本文在給出智能電子稱硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了電子稱的軟件控制方法。 本課題設(shè)計的電子秤以 AT89C51 單片機(jī)為主要部件 ， 通過對硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計而成。 設(shè)計結(jié)果證明，該系統(tǒng)顯示誤差小，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)合理，擴(kuò)展能力強(qiáng)。電子衡器具有反應(yīng)速度快、測量范圍廣、應(yīng)用面廣、結(jié)構(gòu)簡單、使用操作方便、信號遠(yuǎn)傳便于計算機(jī)控制等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于 煤炭、石油、化工、電力、輕工、冶金、礦山、交通運(yùn)輸、港口建筑機(jī)械制造和國防等各個領(lǐng)域。為了具備這一性能，市場上的電子衡器的電路普遍較復(fù)雜，相對地，成本也較高。 電子稱的發(fā)展趨勢 電子秤的發(fā)展過程與其它事物一樣， 也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由粗糙到精密、由機(jī)械到機(jī)電結(jié)合再到全電子化、由單一功能到多功能的過程?，F(xiàn)代稱重技術(shù)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝技術(shù)、儲運(yùn)技術(shù)、預(yù)包裝技術(shù)、收貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售領(lǐng)域中不可缺少的組成部分。 我國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， 我國電子衡器的技術(shù)裝備和檢測試驗(yàn)手段基本達(dá)到國際 90 年代中期的水平 ， 少數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平。 《專業(yè)綜合》課程設(shè)計 2 設(shè)計總體思路 目前 ， 臺式電子秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍 ， 但存在較大的局限性 。 由于 現(xiàn)在智能控制系統(tǒng)比較流行， 在大多數(shù) 智能控制 系統(tǒng)中 微控制器部分選擇 兼容性比較好的 AT89 系列單片機(jī)， 并且 在系統(tǒng)更新?lián)Q代的時候，只需要增加很少的硬件電路，甚至僅僅刪改系統(tǒng)控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)。 綜上所述 ， 本課題的主要設(shè)計 思路是：利用電阻應(yīng)變 傳感器采集因壓力變化產(chǎn)生的電壓信號，經(jīng)過電壓放大電路放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后把數(shù)字信號送入單片機(jī)。此外，還可通過鍵盤設(shè)定所稱物品的 單價 ， 最后將總 金 額顯示出來 。 這種高精度智能電子秤體積小、計量準(zhǔn)確、攜帶方便 ,集質(zhì)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。 采用模擬 /數(shù)字（ A/D）轉(zhuǎn)換器 ADC0832 對傳感器信號進(jìn) 行調(diào)理轉(zhuǎn)換。 采用 LCD1602 液晶屏顯示稱重重量、單價、總價等信息。 具有超量程報警功能，可以通過蜂鳴器報警。 《專業(yè)綜合》課程設(shè)計 3 原理 與選型 電子秤的工作原理 當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺上 時，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力一電效應(yīng)， 將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系（一般成正比關(guān)系）的電信號（電壓或電流等）。 電子秤的 原理框圖 按照本設(shè)計功能的要求，系統(tǒng)由 8個部分組成：控制器部分、傳感部分、放大 部分 、 A/D 轉(zhuǎn)換部分、 鍵盤部分 、 數(shù)據(jù)顯示部分、 報警部分 和電路電源部分，系統(tǒng)設(shè)計總體方案框圖如圖 21 所示。這種新型的智能儀表近幾年 取得了巨大的進(jìn)展。 INTEL 公司的 AT89C51 功能 齊全， 片內(nèi)數(shù)據(jù)存 儲器容量大，帶有可編程陣列，使用靈活，電磁兼容性好，能夠很好地實(shí)現(xiàn)本儀器的測量和控制要求。 傳感器 的選擇 傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動載等因素綜合評價來確定。其公式如下： C＝ K0K1K2K3( Wmax＋ W)/N （ ） C— 單個傳感器的額定量程； W— 秤體自重； Wmax— 被稱物體凈重的最大值； N— 秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量 ； K0— 保險系數(shù)，一般取值在 ～ 之間；K1— 沖擊系數(shù)； K2— 秤體的重心偏移系數(shù)； K3— 風(fēng)壓系數(shù)。由于 惠斯登電橋具 諸如抑制溫度變化的影響，抑制 干擾，補(bǔ)償方便等 優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種結(jié)構(gòu)的動、靜態(tài)測量及各種電子秤的一次儀表。當(dāng)彈性體受力變形時，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。R1 等于 Rd， R2 等于 Ra， R3 等于 Rb， R4 等于 Rc。 Rd RaRc RbRes Bridge EinEout 圖 22 稱重傳感器原理圖 放大電路 的 選擇 稱重傳感器輸出電壓振幅范圍 0～ 25mV， 而 A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓要求為 0～5V，因此放大環(huán)節(jié)要有 200 倍左右的增益。 按照輸入電壓 25mV，分辨率 20210碼的情況，漂移要小于 1181。由于其具有極低的失調(diào)電壓的溫漂和時漂（177。V），從而保證了放大環(huán)節(jié)對零點(diǎn)漂移的要求。穩(wěn)定的增益量可以 保證其負(fù)反饋回路的穩(wěn)定性，并且最好選用高阻值的電阻和多圈電位器。 根據(jù)運(yùn)算放大器的虛短虛斷得，第一級放大倍數(shù)為1+(R4+R5)/R3；第二級放大倍數(shù)為 R8/R7。 《專業(yè)綜合》課程設(shè)計 6 圖 23 利用 OP07運(yùn)放設(shè)計的差動放大器 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換部分是整個設(shè)計的關(guān)鍵，這一 部分處理不好，會使得整個設(shè)計毫無意義。 并行比較 A/D 轉(zhuǎn)換器：如 ADC080 ADC0832 等 。它由電阻分壓器、比較器、緩沖器及編碼器四種分組成。 根據(jù)系統(tǒng)的精度要求以及綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，本設(shè)計采用了 8位 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0832。 因此 采用矩陣式鍵盤， 矩陣式鍵盤的特點(diǎn)是把檢測線分成兩組，一組為行線，一組列線，按鍵放在行線和列線的交叉點(diǎn)上。 4 4 的矩陣鍵盤結(jié)構(gòu)如圖 24所示 。 數(shù)據(jù)顯示部分可以有以下兩種方案供選擇 ：一是 LED 數(shù)碼管顯示 ,二是 LCD液晶顯示兩種選擇 。 報警 電路部分的選擇 報警 模塊在電路中 隨 是不可缺少的， 但有它的指示會使結(jié)果更直觀， 報警一般可以使用發(fā)光二極管，還可以使用蜂鳴器，但蜂鳴器更直觀更人性化。 電源 電路部分的選擇 電源模塊在電路中是不可缺少的，不管是數(shù)字電路還是模擬電路，都需要電源來提供能量。 其中 9V 是給放大器供電； 5V 給 AD 轉(zhuǎn)換供電。AT89C51 單片機(jī)各個引腳分布如 下圖，有 基本的 復(fù)位電路和晶振電路； P0 口 需接上拉電阻，并和 LCD1602 相連驅(qū)動液晶； P1 口檢測按鍵按下的狀態(tài)； P2 部分口 控制 1602 的控制端口； P3 部分口 用以對 AD 芯片進(jìn)行控制。 圖 31 單片機(jī)控制模塊原理圖 稱重傳感器 模擬電路 當(dāng)垂直正壓力 P作用于梁上時，梁產(chǎn)生形變，電阻應(yīng)變片 R R3受壓彎拉伸， 阻值增加； R R4受壓縮，阻值減小。 這里通過兩個滑動變阻器來模擬 電阻橋。 傳感模塊如圖 32。 電路 如 圖 33。 通過 將 025mv放大了 200V倍 的傳感信號輸入AD， 再 把電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 圖 34 AD轉(zhuǎn)換 模 塊原理圖 矩陣鍵盤電路 矩陣鍵盤可以顯示 09數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)和五個功能鍵。行信號為輸入信號，低電平有效；列信號為輸出信號。該低電平信號可以定位至按下鍵的位置。 在 Protues中仿真使用集成的矩陣按鍵模塊 即可 。 圖 35 矩陣鍵盤 模塊原理圖 《專業(yè)綜合》課程設(shè)計 11 液晶屏電路 單片 機(jī)處理后的數(shù)據(jù)最終要將重量 Weight()信息 顯示出來，在矩陣鍵盤輸入單價 Price(2Kg/￥ )以后將計算的總額 Total(￥ )也顯示出來， 顯示電路選用的是 LCD1602。 需要注意 的是 ， P0口驅(qū)動液晶需加上拉電阻。液晶顯示 電路 原理 如圖 36所示 。從而 達(dá)到報警的目的 。 圖 37 報警 模塊原理圖 《專業(yè)綜合》課程設(shè)計 12 電源電路 電源模塊在電路中是不可 缺少的，不管是數(shù)字電路還是模擬電路，都需要電源來提供能量。 實(shí)際中使用的是 220V交流電 ， 而電路需要用穩(wěn)壓的數(shù)字電源供電 ， 所 以就需要設(shè)計電源電路 。 ADC0832需要 5V直流電源供電。 9V是給放大器供電， 5V是給數(shù)字電路提供電源。 圖 38 電源模塊