【正文】 可轉(zhuǎn)化為電阻值變化，還需要將電阻的變化值轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化值，此電路稱為 — 電阻應(yīng)變式傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)電路 [5]。在本課題中采用差動(dòng)電路來克服非線性誤差：測量元件的應(yīng)力狀態(tài)是不相同的，這兩個(gè)應(yīng)變片一 個(gè)受拉力，一個(gè)受壓力，應(yīng)變方向正好相反，工作性質(zhì)相反，工作時(shí)將兩個(gè)應(yīng)變片接入電橋的相鄰臂，以達(dá)到補(bǔ)償非線性的作用，如圖 。 R 1 + ? R 1 R 2 ? R 2UR 3 ? R 3 R 4 + ? R 4U 0 圖 全橋差動(dòng)電路 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 5 頁 共 42 頁 全橋的輸出電壓如公式（ ）所示： 11ORUUR??? （ ） 本課題設(shè)計(jì)中所采用的是全橋式差動(dòng)壓力傳感。根據(jù)課題精度要求，所以至少需要采用的 10 位的 ADC 才能滿足需求， 但市場上 10 位的 ADC 并不多見，而且選擇這樣獨(dú)立的 ADC需要外接的電路，包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器等，還需要對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程，具有一定的繁瑣性。由所需要達(dá)到的精度可以算出所需要的 ADC需要的位數(shù)如公式（ ）所示： n1 ? （ ） 可以得到 n=10 時(shí)滿足 精度的要求 ，則使用 10位的 ADC 它的分辨力如公式（ ）所示： 105000g 5g2 ? （ ） 但是這樣的只是理論中計(jì)算出來的值，在實(shí)際應(yīng)用中還是有很大的誤差，其中會(huì)有環(huán)境因素，焊接工藝等帶來的誤差，所以為了適應(yīng)現(xiàn)實(shí)生活中的需要，選擇高精度的 AD才能夠更好的滿足生產(chǎn)生活中的需要，使用 HX711 模數(shù)轉(zhuǎn)換 AD,其所達(dá)到的精度如式（ ）所示： 241 ? （ ） 則其分辨力可以達(dá)到 如公式（ ）所示： 245000 g g? （ ） 這是理論上可達(dá)到的最小靈敏度，但是在實(shí)際應(yīng)用中并不能測得如此的精確。程控放大器又可分為程控反相放大器、程控同相放大器，程控反相放大器如圖 所示， HX711 無需編程選擇放 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 6 頁 共 42 頁 大增益，具有自動(dòng)選擇的功能。 反相程控放大器的增益公式如公式（ ）所示： f1OIRUK UR? ? ? （ ） R 1R fR 2 圖 程控反相放大器 在本課題中已經(jīng)采用了 HX711 模數(shù)轉(zhuǎn)換 AD，這個(gè)芯片是一個(gè)集成芯片，包括了穩(wěn)壓電源和可編程放大器等外圍電路。 矩陣式按鍵：在超過一定數(shù)量的按鍵之后起到節(jié)省 I/O 口的作用，按鍵被排列成行列形式，每條水平線和垂直線在交叉處通過一個(gè)按鍵加以連接，實(shí)現(xiàn)按鍵接線之間的導(dǎo)通，在后期的制作中如果按鍵只是用來清零、復(fù)位等簡單操作可選擇獨(dú)立式鍵盤，在后期制作中滿足 不了功能需求所以實(shí)物中采用了薄膜式矩陣鍵盤。 LCD12864：顯示的內(nèi)容是 128*64，可現(xiàn)實(shí) 64 行，每行 128 個(gè)字符。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 7 頁 共 42 頁 綜上所述在本課題中所采用的液晶顯示器是 LCD1602 滿足本課題需求。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁 共 42 頁 3 基于單片機(jī)電子稱設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)處理和 控制核心 是 STC89C52RC 單片機(jī)，為實(shí)現(xiàn) 電子 稱系統(tǒng) 的基本控制功能的提供硬件和軟件支持 。人機(jī)界面部分為 4*4 矩陣式 鍵盤輸入和 1602 點(diǎn)陣式液晶顯示， 以及報(bào)警電路。 全橋式壓力傳感器 當(dāng)壓力 傳感器 的應(yīng)變片受到外界力時(shí)，就 將力轉(zhuǎn)換成 彈性敏感元件 電阻 的 變化。 應(yīng) 變 片應(yīng) 變 片托 盤 圖 電阻應(yīng)變式傳感器 傳感器的精度 對(duì)電子稱最后的測量精度有著至關(guān)重要的影響，所以本課題選擇了專 門用 于 稱 重 的 高精度電阻應(yīng)變式傳感器。 電橋 平衡 狀態(tài)為 R1＝ R2＝ R3＝ R4，托盤上被放入砝碼 ΔR1＝ ΔR2＝ ΔR3＝ ΔR4=ΔR， 4 個(gè)橋臂上的電阻發(fā)生相同的變化 時(shí)，其橋路輸出電壓 U與 ΔR成正比 ， 其原理 圖 如 圖 所示 。 R 1 + ? R 1 R 2 ? R 2R 3 ? R 3 R 4 + ? R 4接 電 源 E 接 電 源 E +接 信 號(hào) 線 S A接 信 號(hào) 線 S + A 圖 傳感器與 HX711連接示意圖 上下兩根導(dǎo)線與電源的正負(fù)極相連，左右兩根導(dǎo)線接信號(hào)線的相接。 HX711 與單片機(jī)接口只需要兩個(gè)，編程方面又是非常簡單，無需驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)管腳，芯片內(nèi)部的寄存器也不需要編程，通道 A 或通道 B 可通過輸入選擇開關(guān)可任意選取， HX711 芯片與橋式電路以及與單片機(jī)連接電路如圖 所示。 HX711模 數(shù) AD轉(zhuǎn)換芯片的管腳圖如圖 1234567891 01 11 21 31 41 51 6V S U PB A S EA V D DV F BA G N DV B GI N N AI N P AD V D DR A T EX IX OD O U TP D _ S C KI N P BI N N B 圖 HX711管腳圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 11 頁 共 42 頁 如表 HX711芯片的功能管腳。 4*4 矩陣式掃描鍵盤 鍵盤按鍵功能 鍵值和按 鍵所代表的功能對(duì)計(jì)價(jià)電子稱是非常重要的，是普通稱重設(shè)備的拓展功 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁 共 42 頁 能，本課題采用的是 4*4行列式鍵盤輸入電路，矩陣鍵盤功能如表 所 示。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 13 頁 共 42 頁 數(shù)據(jù)的處理核心 單片機(jī)（ STC89C52RC） 在本課題中選用 STC系列單片機(jī)是因?yàn)槠滟徺I的成本低，與英特爾公司 8051 單 片機(jī)完全的兼容，性能提升，在硬件無需改變的情況下，原有的程序也能直接使用，帶來了極大的便利，圖 為 STC89C52RC 單片機(jī)的管腳圖， STC89C52 單片機(jī)是 STC公司研發(fā)的一種具有低功耗，高性能的 MCS51內(nèi)核的 CMOS8 位單片機(jī) [4]，具有 8K字節(jié) FLASH 以及 512 字節(jié) RAM， 32 個(gè) I/O 口，最高工作頻率為 35MHz,可實(shí)現(xiàn)在線編程功能 [4]，不再需 要啟動(dòng)像 STC89C51 那樣的 12V 的 VPP 編程高壓單片機(jī)由 3個(gè)基本組成部分，分別為電源電路、復(fù)位電路和晶振 [4]。晶振則為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)正常工作的最小時(shí)間單位由晶振決定只有當(dāng)這三個(gè)部分同時(shí)存在，單片機(jī)才能正常工作 [4]。 XTAL2 作為振蕩器倒向放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入，使用外部振蕩器時(shí)接信 號(hào) RST 復(fù)位輸入 單片機(jī)外接電路 如圖 Protel中單片機(jī)與各芯片各管腳連接圖，見附錄 B。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 時(shí)鐘振蕩電路如圖 所示：晶振接在 XTAL1 和 XTAL2 之間的， C4 與 C5 并聯(lián)與 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 15 頁 共 42 頁 12MHz 晶振串聯(lián)形成回路，產(chǎn)生震 蕩信號(hào)，其結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路從而產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振頻率越高，運(yùn)行速度就越快。上電自動(dòng)復(fù)位通過電容 C 和電阻R來實(shí)現(xiàn) ,按鍵手動(dòng)復(fù)位則是圖中復(fù)位鍵來實(shí)現(xiàn)的。 表 LCD1602引腳功能表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 圖 LCD1602的管腳與單片機(jī)管腳的連接圖， 1號(hào)腳 2號(hào)腳分別接地和電源線，與單片機(jī)相連的 P25， P26管腳寄存器的選擇和讀寫功能的控制，單片機(jī) P0口與 LCD1602數(shù)據(jù)端口連接， 15和 16號(hào)腳則是背景光源的電源線和接地線。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 18 頁 共 42 頁 圖 報(bào)警器的連接圖 本章小結(jié) 本章的內(nèi)容主要是對(duì)模塊的描述，介紹了橋式傳感器的工作方式，模擬 數(shù)字芯片 HX711 的精度以及包含的放大電路，行列式鍵盤電路的搭建，數(shù)據(jù)處理核心STC89C52，數(shù)據(jù)顯示 LCD1602 液晶屏和超重報(bào)警電路的詳細(xì)描述。 系統(tǒng)主程序流程圖 軟件編程系統(tǒng)的流程同樣遵循著自上而下的設(shè)計(jì)思路，首先是對(duì)系統(tǒng)的初始化，壓力值和價(jià)格在液晶顯示器上顯示，主程序流程圖如圖 所示。 LCD1602 顯示流程圖 如圖 所示為 LCD1602 工作的流程圖。 鍵盤按鍵掃描流程圖 矩陣式鍵盤掃描方式： 行 （列） 掃描法 。當(dāng)行線通過上拉電阻接 +5V 時(shí)，被鉗位在高電平狀態(tài) [16]。其方法是：給列線的所有 I/O 口先均置成低電平，然后將行線電平狀態(tài)讀入 [16]。 鍵盤中那一個(gè)按鍵按下是由列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài) [16]。如果不全為“ 1”，則所按下的鍵必在此列 [16]。 L C D 初 始 化界 面 字 符 顯 示按 鍵 按 下調(diào) 用 L C D 顯 示撤 銷 鍵 按 下YY N N開 始 圖 按鍵檢測流程圖 本章小結(jié) 在本章中主要繪制了主程序流程圖， LCD 液晶顯示流程圖以及鍵盤掃描流程圖，并介紹了行列式掃描的工作方式。 在 proteus 中的仿真 軟件 Proteus 在加載了 Hex 文件后將硬件功能仿真出來，能否到達(dá)課程設(shè)計(jì)預(yù)期的結(jié)果，在如下的仿真中存在與實(shí)際的不同處， Proteus 中沒有橋式差動(dòng)測量電路，所以使用了 MPX4250 這一款車用氣體壓力傳感器，實(shí)物使用的是帶背光源的 16 管腳LCD，而 Proteus 只有 14管腳的 LCD，如圖 所示為硬件仿真圖。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 23 頁 共 42 頁 圖 仿真初始界面 如表 Proteus仿真中使用的硬件明細(xì)。但是可以看出，當(dāng)顯示為 50 時(shí)，此時(shí)壓力傳感器顯示為 51，仿真存在有誤差，實(shí)物中的誤差比這個(gè)要大，仿真結(jié)果如圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 24 頁 共 42 頁 圖 仿真顯示的結(jié)果圖 本章小結(jié) 本章內(nèi)容主要將設(shè)計(jì)方案在 Proteus 中仿真，單片機(jī)端口連接了 MPX4250 傳感器并通過 AD0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換，矩陣式鍵盤 3*4 列，通過鍵盤編碼芯片接入單片機(jī)，最 后結(jié)果顯示在液晶中。單片機(jī)開始工作，掃描鍵盤鍵值，傳感器測得物重通過 HX711 數(shù)據(jù)采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入到單片機(jī)，此時(shí)， LCD 上顯示“ PR WE SUM($)”，壓力傳感器受到壓力作用， HX711 采集前級(jí)電壓值數(shù)據(jù)送給單片機(jī)處理。超出電子稱的稱量范圍，蜂鳴器會(huì) 發(fā)出“滴滴 … ”警報(bào)聲，在本設(shè)計(jì)中為了顯示報(bào)警電路是可以工作的，在托盤空載的情況下，報(bào)警電路也會(huì)發(fā)出報(bào)警的聲音。 （ 2）按過單片機(jī)的復(fù)位鍵之后，將砝碼放在稱砣上其重量則不能顯示出測量值。 （ 4） 對(duì) 所選擇的 芯片 并不能熟知其工作方式 ， 還需要不斷參考工作手冊(cè)。 表 表 名稱 數(shù)量 名稱 數(shù)量 4*4陣列鍵盤 1 電阻 330 1 5KG壓力傳感器 1 洞洞板 15 10cm 1 DC005底座 1 洞洞板連接線 若干 HX711模塊 1 砝碼 100g 1 IC底座 40P 1 晶振 12MHz 1 LCD1602 1 可調(diào)電阻 10K 1 LED燈 1 六角自鎖開關(guān) 1 稱盤支架帶螺絲 1 排母 間距 40P 1 瓷片電容 2 排針 間距 40P 1 瓷片電容 33pF 2 排阻 10K 1 電解電容 10uF 2 三極管 8550 1 電源適配器 5V/1A 1 四腳輕觸開關(guān) 1 電阻 10K 1 芯片 STC89C52RC 1 電阻 1K 1 有源蜂鳴器 1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 26 頁 共 42 頁 顯示的結(jié)果 接通電源后，電子稱進(jìn)入初始化界面，如圖 圖 歡迎界面 電子稱空載的時(shí)候電子稱顯示的效果，所