【正文】 ................................... 26 調(diào)試結(jié)果 .................................................................................................................................. 26 第 6 章 討論 與展望 ......................................................................................................................... 28 結(jié)論 .......................................................................................................................................... 28 系統(tǒng)需改進的地方 .................................................................................................................. 28 基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 V 致 謝 .................................................................................................................................................. 29 參考文獻 .............................................................................................................................................. 30 附錄 （部分源程序） ......................................................................................................................... 29 基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 1 第 1 章 前言 選擇課題的背景和意義 稱重技術(shù) 自古 歷來都受到 人們 的特別 重視 。 在貿(mào)易 中對貨物交換量的 準確確定必須 要用到稱重器具 ， 最初人們 采用木制 或陶制的容器 作為交換貨物 粗略 的計 量 ，后來出現(xiàn)的 秤 可以 相對 精確 地 測定 物品的 質(zhì)量 。 隨著現(xiàn)代發(fā)貿(mào)易 對稱重器具 要 求 的不斷提高 ，傳統(tǒng)機械式稱重器具 缺點也日漸顯露，比如 精度 不 高 ，工作效率 低 ，不能自動 計價等，尤其 是容易被無良商家利用充當其 作弊的工具。 電子秤由于 大大減少了 純機械部件 的 應(yīng)用， 有效地避免了機械材料個體性差異 帶來 的測量誤差，同時 電子秤 又大量 地運用 現(xiàn)代電子技術(shù) ， 可以實現(xiàn)豐富的功能， 另外科學(xué)友好的 用戶操作界面又兼顧了設(shè)備的 易用 性。 電子稱重 技術(shù)雖然 已經(jīng) 得到了非常好的發(fā)展，但是 目前 的電子 稱重 器具依然有很大的提升空間，另外 人們對 電子秤 各項 性能 的 要求 也在 不斷 地 提高 。 據(jù)此 可以判斷本課題 不僅有一定的理論研究價值，同時 又關(guān)乎人們 日常的生活，也 具有 很強的 實用 價值 。 電子稱重 工具 由 開始 的 機械 式 發(fā)展 到了 機電結(jié)合 式， 最終實現(xiàn)了 完 全 的 電子化， 同時 也 由單一功能 發(fā)展 到 了 多 種 功能 。 國民 生產(chǎn) 的 各 個 部門 出現(xiàn) 了 各種 各樣 的電子 秤 ， 極大地促進了我國工商業(yè)的發(fā)展。此外諸如 商業(yè)貿(mào) 易 領(lǐng)域的稱重 和 計價 ， 電子元 件生產(chǎn)的計數(shù)稱 量 也 同樣不能 缺少 電子稱重裝置 的 。 從 以上 這些例子 說明 電子 稱重 技術(shù) 是非常 重要的，其應(yīng)用范圍也是十分廣泛的 。 改革開放 以來 ， 伴隨 著 國家 經(jīng)濟體制改革的 進程 ，電子 稱重工業(yè) 的 行業(yè)規(guī)模 ， 技術(shù)能力以及 在 我國 經(jīng)濟中的 作用 ， 已經(jīng) 發(fā)生了 變化 的 巨大，遠非昔 日 可 比。縱觀 歷史， 近代以來隨著科技的爆炸式發(fā)展，秤這種古老的計量工具也 發(fā)生 了翻天覆地的巨變， 幾千年 來中國人眼中的 “ 秤 ” 便是 指木桿秤，雖然直至今日這種秤還依然發(fā)揮著作用，但是使用的范圍 已經(jīng) 越來越窄， 現(xiàn)在 的人都普通習(xí)慣使用更加方便和精確的 電子 稱重工具 ?，F(xiàn)代電子 稱重 儀器 往往 需要和 電子計算機 相 組合，電子計算機的引入 ，大大 擴展了 電子稱重儀器的功能， 進 一步擴大 了其使用 范圍 。 通過分析近 些 年來電子衡器 類 產(chǎn)品的發(fā)展 現(xiàn)狀 及國內(nèi)外 用戶 的 使用 需求，電子衡器總的發(fā)展 將 會 趨向于 是 模塊化 ， 小型化 ， 多樣 化 和 智能化 ， 可以 預(yù)見未來 電子 稱重器具 的 應(yīng)用范圍還將繼續(xù)擴大。此外本 設(shè)計還具有友好的 人機 交互 界面 ，大大 提高 了 設(shè)備的易用性 和 實用 性， 4*4 薄膜 型矩陣 鍵盤 可以供用戶 方便地 輸入 單價 信息 ， 還可以用于 快速準確地校準 電子萬年歷的日期和 時間， LCD1286 點陣式液晶屏，可以直觀地 顯示中文 和 西文字符 ， 進一步 拓展了系統(tǒng)的功能 ，在 稱重模式下 可以清晰 地顯示 待測物體 的質(zhì)量，單價 和 總價， 在萬年歷模式下也可以 清晰 地顯示 年 ， 月 ， 日 ， 星期 的 日期信息和 時 ， 分 以及 秒 ， 溫度等 其他 信息 。 基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 3 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計 系統(tǒng) 總體構(gòu)想 及其 工作 原理 本 系統(tǒng) 的 控制核心 選用 的 STC89C52RC 單片機 ， 本設(shè)計完成 了 電子秤的 各項 功能， 此外 系統(tǒng) 還擴展了電子萬年歷 以及電子溫度計的功能 。最小系統(tǒng)主要 由 STC89C52 及其 它 必要的 外圍 電路 組成 ；數(shù)據(jù)采集模塊包括稱重傳感器、信號放大和A/D 模塊，其中 的 信號放大和 A/D轉(zhuǎn)換選取了 海 芯科技的高精度 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 HX711，這種 芯片是專為電子秤 量身打造的 。本系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單、功能 多 、易于使用，系統(tǒng)有一定 的 理論 研究 價值和 實際應(yīng)用 價值。 其中 核心 的 控制系統(tǒng) 是 51系列 的 STC89C52 單片機，考慮到系統(tǒng)需要 單片機 去控制 大量的外圍 元器件 ， 因此 不宜采用 CPLD 或 FPGA 等 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?。本設(shè)計 狀態(tài)較多， 實現(xiàn) 難度較大。 稱重 傳感部分 選用 的 是 電阻應(yīng)變式平行 梁 壓力傳感器 。傳感器 的 示意圖 如圖 22所示。電橋 隨之進入不 平衡 狀態(tài) ， 電橋?qū)?輸出相應(yīng)的 電壓，電壓 的 大小 與作用與傳感器上的 重力 成正比 關(guān)系 ，從而將非電量轉(zhuǎn)化成 了電信號 輸出。 HX711 是一款專 門 為高精度電子秤而 量身打造 的 24位 A/D。因此采用此芯片將會減少很多外圍電路的設(shè)計工作，該芯片 具有 非常 高 的 集成度 ， 抗干擾性 能 也非常 強 。 單片機對 該芯片 的 編程 也 非常簡單，芯片內(nèi)部的寄存器 是 不需要基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 5 進行編程的 ，數(shù)據(jù) 和控制 信號 直接通過芯片引腳驅(qū)動 。 其中 A 通道 的增益 可以 通過編程在 128 和 64 之間方便 地切換 ， 128 增益 時最大的 輸入 信號 幅值為 177。40mV 。 由于 芯片內(nèi) 部集成 了優(yōu)質(zhì)的 電源 模塊， 因此稱重 傳感器 以及 芯片內(nèi) 部 的 A/D 可以 從芯片 直接 獲取 電源， 因此 系統(tǒng) 電路 板上無需 額 外的模擬電源 供電 ，非常 地 方便 。當系統(tǒng) 通 電 時， HX711 芯片會完成 復(fù)位 的 過程， 不需要額外的初始化程序。該液晶是 晶訊聯(lián)公司 產(chǎn) 的 128*64 漢字 液晶 屏 ，該 液晶 既可以當 普通的圖像型液晶顯示模塊使用 ，同時 內(nèi)置中文 字庫 IC， 編程者 可以從字庫 IC 中 直接讀 取內(nèi)部 字庫的字形 數(shù)據(jù) ， 然后再 寫入到 12864 的 驅(qū)動 IC中， 漢字就可以 顯示出 來 了 。 至此 本系統(tǒng)的主要 設(shè)計 方案就 已經(jīng) 介紹完了，系統(tǒng) 的 設(shè)計總體上 優(yōu)先 采用 了目前比較成熟和常見的方案，這樣系統(tǒng)就 可以 具有 很高的穩(wěn)定性和可靠性，同時也可以有效地降低系統(tǒng)的實現(xiàn)成本。 據(jù)此 分析 ， 51 單片機 ， AVR 單片機 ， MSP430系列 單片機 ， PIC 單片機 以及 ARM 單片機均 符合 系統(tǒng)的設(shè)計要求 。 51 系列 單片機是 由 最初的 Intel8031 單片機 發(fā)展 而來的一系列單片機。 其 中 ATMEL 公司 的 AT89 系列 51單片機最具 代表性 ， 曾經(jīng) 一度十分 地風(fēng) 靡 。 本系統(tǒng) 之所以 最終選擇了 STC89C52 是 因為 STC89C52 是一種 經(jīng)典 的 低功耗、高性能 的 8 位單片機 ， 目前 使用范圍非常廣。 STC89C52采 用 傳統(tǒng) 51 內(nèi)核 的同時又有 非常 多 項 有益 的改進 ， 可謂 是舊瓶 裝新酒，使得 STC89C52 成為 一款真正的增強型單片機 ，使其 成為 嵌入式控制應(yīng)用 首選的 單片機之一。 ② 寬 工作電壓： 分為 3V單片機 和 5V單片機 。 ④ 用戶應(yīng)用程序 存儲 空間為 8K 字節(jié) 。 ⑥ P0到 P3 總四組 32 個 通用 I/O 口 ， 四組 I/O 口 均是 準雙向口 ， 其中 P0口 由于內(nèi)部無 上拉電阻 ， 因此 作為 普通 I/O 口 使 用 ，需 要 外部加上拉電阻 ， 當 P0 口 為 總線用時，無需 上拉電阻。 不用 像其他單片機那樣 還 需 要 專用 編程器 或 仿真器 ， 非常迅速 和便捷。 ⑨ 總 共 有 3 個 16 位 定時器 /計數(shù)器 。 STC89C52 的 實物圖如 23 圖 23 STC89C52實物 圖 STC89C52 的 管 腳 分布 如圖 24 基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 7 圖 24 STC89C52引腳 示意圖 目前 的 稱重傳感器 按 其 力電 轉(zhuǎn)換 的 方式 大致 可以 分為電阻應(yīng)變式 ，電容 應(yīng)變式， 液壓 轉(zhuǎn)換式 ， 光電 轉(zhuǎn)換 式 ， 壓電 感應(yīng) 式 以及新興 的 陀螺儀式 等 。 ① 光電式傳感器 ， 主要 有 光柵 與 碼盤 這 兩 類 。 當 承重臺上 放有待測 物時 ， 被測物 的 重力通過 杠桿 作用 在 表盤軸 上 從而使其 旋轉(zhuǎn)， 則 表盤軸上的 移動光柵 也隨之 轉(zhuǎn)動， 光柵 產(chǎn)生的 莫爾條紋也 會 移動。 我們通過 測 量 光柵 的 轉(zhuǎn)動角 度 ， 就可以 最終被測物 的 實際 質(zhì)量。 被測物 體 放 在承重臺上 時 重力作用 施加于 杠桿使表盤 轉(zhuǎn) 軸轉(zhuǎn) 動 ， 和 轉(zhuǎn)軸相連的 碼盤 亦 隨之 轉(zhuǎn)動 。 以前 的 機電結(jié)合秤上 光電式傳感器曾 經(jīng) 被大量 使用 。我們知道 鐵磁材料的磁導(dǎo)系數(shù) 與 磁阻 會 隨著其所受外力的大小發(fā)生相應(yīng)的改變 ， 而磁 導(dǎo)系數(shù)和磁阻的變化會 引起 線圈阻抗 的 變化， 也可以 說 線圈阻抗的變化與 外力 大小 成一定 的 比例關(guān)系， 我們 通過檢 測 線圈阻抗的變化， 就 可 以 得到外力 的 大小， 進 而求出 待測 物體的質(zhì)量 。 一定方向 的 外 力 作用 與某些 晶體介質(zhì)時 ， 晶體 內(nèi)部 的 正負電荷 會發(fā)生相反 方向的移動 ， 晶體 表面 的 兩個方向就聚集了基于 單片機的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計 8 大量 符號 相反 的 束縛電荷， 這些 束縛電荷 的 電荷密度與 外力的 大小成正比關(guān)系 ， [18]據(jù)此可以得到物體的實際質(zhì)量。 它的原理 也比較簡單， 是 通過其內(nèi)部液壓油的 壓強 變化達到測量目的的。 我們 可以 通過 測出壓 強的 變化 ， 來 確定被測物的質(zhì)量。 ⑤ 電容 應(yīng)變 式稱重傳感器 的 工作原理 是 彈性體 上 固定有電容器， 當 被測 物體 作用 于彈性體時，彈性體會發(fā)生形變，從而引起電容極板間距的變化。 通過計算 得知 振蕩電路的振蕩頻率 與電容 器的 極板間距 呈 正比例 的 關(guān)系 。 我們 就 可 以 求出被測物的 實際 質(zhì)量。 ⑥ 振動式稱重傳感器 的 金屬絲 或 金屬 膜 的 尺寸 ， 材 質(zhì) 和 密度 都 一定時， 其固有 頻率就 只 與其受到 的 外部力的大小有關(guān)。振動式稱重傳感器 分為 音叉式 以及 振弦式 。 弦絲 在 傳感器中是以 V字形固定的。弦的 左右 兩部分的 固有頻率 都會 發(fā)生 就 會發(fā)生 變化 ，兩部分 的頻率之差 和 物體的質(zhì)量 有一定關(guān)系 ， 我們 得到這個頻率差 就 可 以 求出被測物的質(zhì)量。 但 與此同時 其 結(jié)構(gòu) 過于 復(fù)雜，加工難度 非常 大， 因此 造價 很 高 ， 只適用于特殊場合。當音叉受 到 待測物的重力作用時 其 固有頻率 會 增 大 ， 頻率增大 的量 與 重 力 大小 的平方根成正比。音叉式稱重傳感器 功耗低 ，計量準確度 高 ， 可惜最