1、 日期： 2017 年 7 月 14 日电气与电子信息学院智能化测控应用系统设计报告设计名称： 智能化测控应用系统设计 题 目： 电子批量称重装置设计 年 级： 2014 级 学生姓名： 学 号： 3120140803 专 业： 测控技术与仪器专业 指导教师： 西华大学电气与电子信息学院智能化测控应用系统设计报告电子批量称重装置设计摘要：针对目前市场上使用的传统称重工具在称量小轻量的物品时存在精度不高，并且结构复杂，易老化，成本高等的缺点。为了改变传统称重工具在使用上存在的这些问题，提出了将智能化、人性化用在电子称重的控制系统中。本系统主要由单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器及 A/D
2、 转换器组成，加上显示单元以及串口发送单元。此电子秤具备了功能多、可批量测重、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、测量准确等特点。通过以 AT89C51 单片机为主控芯片，外围附以称重电路、显示电路、报警电路、键盘电路以及通过串口将所测数据发送到 PC 端，在 PC 端上利用 LabVIEW 设计上位机软件，实现数据的显示以及存储功能，从而实现自动称重系统的批量称重功能、报警功能、数据计算功能以及人机交换功能。可以说,此设计所完成的电子秤很大程度上满足了应用需求。关键词：单片机，应变式压力传感器，超重报警，上位机，批量称重Abstract：The traditional weig
3、hing tools used in the present market are not high in accuracy when weighing small quantities, and the structure is complex, aging and high cost. In order to change the existing problems of traditional weighing tools, the intelligent and humanized system is put forward. The system is mainly controll
4、ed by single chip microcomputer, and the weight part of the object is composed of weighing sensor and A/D converter, plus display unit and serial port. This electronic scale has the characteristics of many functions, high volume measurement, high performance price, low power consumption, simple syst
5、em design, easy to use, and accurate measurement. By AT89C51 single chip microcomputer as main control chip, peripheral attached to integrated circuit, display circuit, alarm circuit, keyboard circuit and via a serial port to send the test data to PC, PC software on the PC using LabVIEW design, real
6、izes the data display and storage capabilities, so as to realize the batch weighing functions of automatic weighing system, alarm, data calculation and man-machine exchange functions. It is fair to say that the electronic scale completed by this design meets the needs of the application.Keywords: Si
7、ngle chip microcomputer, strain pressure sensor, overweight alarm, upper machine, weight weighing西华大学电气与电子信息学院智能化测控应用系统设计报告目录1 前言 .02 总体方案设计 .22.1 方案一 .22.2 方案二 .22.3 方案三 .32.4 方案比较与选择 .43 单元模块设计及仿真 .53.1 控制模块电路设计 .53.2 数据采集模块电路设计 .63.2.1 压力传感器的选择与设计 .63.2.2 信号放大电路选择与设计 .83.2.3 A/D 转换电路选择与设计 .93.3 人
8、机交互模块的选择与设计 .113.3.1 系统显示电路设计 .113.3.2 超重报警提示电路设计 .123.3.3 按键输入电路设计 .133.4 原件仿真参数 .154 系统程序设计 .164.1 系统主程序流程图 .164.2 A/D 数据采集与处理子函数 .174.2 系统显示部分流程图 .184.3 系统按键检测部分流程图 .194.4 LabVIEW 程序框图 .195 系统调试 .225.1 系统程序调试与下载 .225.1.1 程序的编译与链接 .225.1.2 程序下载运行 .235.1.3 程序上电运行 .245.2 硬件调试 .245.3 LabVIEW 上位机的调试 .
9、246 系统功能、性能参数 .26西华大学电气与电子信息学院智能化测控应用系统设计报告6.1 系统实现的功能 .266.2 系统性能参数 .267 总结 .288 致谢 .299 参考文献 .30附录一：Proteus 仿真图 .31附录二：上位机程序图 .32附录三：实物图 .33附录四：部分程序 .341 前言称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水
10、平和社会经济效益的提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子秤与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。从世界水平看，衡器技术已经
11、经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展：电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。电子称重的实现首先是通
12、过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经 A/D 转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。按照设计的基本要求，系统可分为四大模块，数据采集模块、控制器模块、人机交互液晶显示界面模块以及上位机数据存储模块。如图 1.1 所示，其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和 A/D 转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换，上位机部分实现对数据的存储以此实现批量测重。此
13、部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控第 1 页西华大学电气与电子信息学院智能化测控应用系统设计报告制。在扩展功能上，本设计增加了一个过载报警提示功能和电子日历功能使本电子称的设计更人性化智能化。数 据 采 集 模 块 控 制 模 块人 机 交 互 模 块上 位 机 部 分图 1.1 设计概述框图第 2 页西华大学电气与电子信息学院智能化测控应用系统设计报告2 总体方案设计对同一种目的的实现，可以用不同的方案，下面就着重介绍以下三种方案对同一目的的实现方法。并比较三种方案的优劣。2.1 方案一系统框图如图 2.1 所示。数 字 压 力 传 感器STC89C51单 片机 数
14、码 管 显 示键 盘 输 入报 警 装 置图 2.1 方案一的系统框图工作原理简述：压力传感器采用数字压力传感器，数字压力传感器采集的数据直接送给单片机对数据进一步处理，人机交互界面采用键盘输入以及数码管显示外加报警电路进行超重报警。2.2 方案二系统框图如图 2.2 所示。第 3 页西华大学电气与电子信息学院智能化测控应用系统设计报告模 拟 量 压 力传 感 器STC89C51单片 机 LCD12864显示键 盘 输 入报 警 装 置A/D转 换 电 路图 2.2 方案二的系统框图工作原理简述：模拟量压力传感器采集压力信号变化，所采集的模拟量需经 HX711自带的放大电路进行信号放大以及 A
15、/D 转换电路将模拟信号转换为单片机能识别的数字量，单片机对数据进一步处理，人机交互界面采用键盘输入以及 LCD12864 液晶显示外加报警电路进行超重报警。2.3 方案三系统框图如图 2.3 所示。模 拟 量 压 力传 感 器 信 号 放 大 电路STC89C51单片 机LCD1602显 示键 盘 输 入报 警 装 置A/D转 换 电 路上 位 机 部 分图 2.3 方案三的系统框图第 4 页西华大学电气与电子信息学院智能化测控应用系统设计报告工作原理简述：模拟量压力传感器采集压力信号变化，所采集的模拟量需经放大电路进行信号放大，后经 A/D 转换电路进行数模转换为单片机能识别的数字量，单片
16、机对数据进一步处理，人机交互界面采用键盘输入以及 LCD12864 液晶显示外加报警电路进行超重报警，上位机部分对单片机同串口发送来的称重数据进行保存。2.4 方案比较与选择比较三个方案可以看出：1. 方案一中的数据采集器件采用数字压力传感器，而数字压力传感器动辄上百，采用方案一经费将大大超过本次课程设计的预算；2. 方案二采用 HX711A/D 转换器以及 LCD12864 液晶显示器，但由于本次设计是第一次将单片机与数字电子电和模拟电子运用于实际的电路设计中，我们尚未完全的掌握单片机的知识，对 HX711 以及 LCD12864 电路还不能达到最优化的设计；3. 方案三所需元器件多为我们所
17、熟悉以及常用的，其中的上位机部分也为我们本学期所学知识，且方案三思路清晰，操作可行。所以综合各个方面的因数，我选择了方案三做为本次课程设计的主要研究对象，本文也将注重介绍方案三的设计方法。工作原理简述：模拟量压力传感器采集信号变化，信号经过放大器进行信号放大然后通过 A/D 转换为单片机能识别的数字量，单片机对数据进一步处理，人机交互界面采用键盘输入以及 LCD1602 液晶显示外加报警电路进行超重报警，串口将处理后的重量数据发送给上位机存储以实现批量称重功能。最终方案框图如下：压 力 传 感 器放 大 电 路 控 制 模块A/D转 换 电 路超 重 报 警键 盘 输 入LCD显 示上 位 机
18、 数 据图 2.4 设计方案框图第 5 页西华大学电气与电子信息学院智能化测控应用系统设计报告3 单元模块设计及仿真本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系，同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持 PIC10/12/16/18/24/30/DsPI
19、C33、AVR、ARM、8086 和 MSP430等，2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR 和 MPLAB 等多种编译器。本次仿真采用 Proteus8.0 版本。3.1 控制模块电路设计STC89C52 是一种低功耗、高性能 8 位微控制器，具有 8K 的可编程 flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。内 512字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看 门 狗 定 时 器 ，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位定 时 器
20、/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHZ，6T/12T 可选。片上 flash 允许程序存储器在线可编程，也适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统上可编程闪烁存储单元，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案，因此在设计时选择了 51 单片
21、机作为解决方案。晶 振 ： 全 称 为 晶 体 振 荡 器 ， 其 作 用 在 于 产 生 原 始 的 时 钟 频 率 ， 这 个 频 率 经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，如果给它通电，它就会产生机械振荡，反之，如果给它机械力，它又会产生电，这种特性叫机电效应。复 位 电 路 ： 是 用 来 让 单 片 机 返 回 到 初 始 状 态 的 辅 助 电 路 ， 其 作 用 是 当 单 片 机 程序 跑 飞 或 系 统 出 现 死 机 状 态 时 可 以 让 系 统 从 新 恢 复 工 作 。 本 系 统 复 位 电 路 的 设 计 具有 上 电 复 位 和 手 动 按 键 复 位 两 种 复 位 方 式 。
