1、密级：学号：本 科 生 毕 业 （ 设 计 ） 论 文智能电子称的设计系 别： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导老师： 摘要电子称是通过单片机 AT89S52 作为中心控制单元，使用称重传感器进行模数转换单元，再加上显示电路、物理键盘与一些软件构成。单片机的发展使得电子称基本代替了传统的计量工具，它的计量准确快捷、使用方便深受人们的喜爱，广受欢迎。系统的硬件部分包括最小系统部分、数据采集部分、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括 AT89S52 和扩展的外部数据存储器；数据采集部分由称重传感器，信号的前期处理和 A/D 转换部分组成，包括运算放大器 AD620 和 A/D
2、转换器 ICL7135；人机界面部分为键盘输入，四位 LED 数码显示器，可以直观的显示重量的具体数字以及方便的输入数据，使用方便；系统电源以 LM317 和 LM337 为核心设计电路以提供系统正常工作电源。 系统的软件部分应用单片机 C 语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为 09.999Kg，重量误差不大于0.005Kg）,并发挥部分的显示购物清单的功能，可以设置日期和设定十种商品的单价， 还具有超量程和欠量程的报警功能。 本系统设计结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。关键词： 电阻应变式传感器 A/D 单片机 液晶显示
3、ABSTRACTThe design of the system with the monolithic integrated circuit AT89S52 as the core to realize the basic electronic control functions. In the design of the system, in order to better the modularized design method, the unit step function module design. The system includes hardware, data acqui
4、sition system minimum, man-machine interface and the system of power. The minimum system parts including AT89S52 and the expansion of external data storage, Data collected by weighing transducer, signal processing and the A/D conversion parts, including the amplifier AD620 and A/D converter ICL7135,
5、 For the man-machine interface partial keyboard input, four LED digital display, can show the specific weight and figure of input data, use convenient, In LM317 LM337 and power system as the core circuit design to provide normal work of the system. The application of SCM system software part C langu
6、age program, the design of all control function. It can realize the basic electronic weighing function (weighing the range of 0-9.999 Kg, weight error is not more than 0.005 Kg), and play a part of the show shopping list of function, can set the date and set the price of goods, and ten has super ran
7、ge and less range alarm function. The system design is simple in structure, easy to use, complete function, high precision, has certain value. Key word：Resistance strain sensor A / D single-chip liquid crystal display 目录第 1 章 引言 .11.1 电子称的简介 .11.2 选题背景与意义 .11.3 电子称的发展趋势 .1第 2 章 系统方案论证与选型 .22.1 电子称的基
8、本结构 .22.2 电子秤的工作原理 .32.3 电子秤设计的要求及基本思路 .32.3.1 电子秤设计的要求 .32.3.2 电子秤设计的基本思路 .32.4 单片机的选型 .42.5 数据采集模块 .42.5.1 传感器 .42.5.2 前级放大器 .72.5.3 A/D 转换器 .72.6 人机交互界面模块 .82.6.1 键盘输入 .82.6.2 输出显示 .8第 3 章 电子秤硬件的设计与制作 .93.1 AT89S52 的主控电路 .93.1.1 AT89S52 芯片 .93.1.2 主控电路的设计 .103.2 电子秤的信号处理流程 .113.2.1 称重数据处理 .113.2.
9、2 信号处理电路 .123.3 人机交互界面模块设计 .143.3.1 键盘输入控制电路 .143.3.2 LCD 显 示电路 .163.4 报警电路的设计 .18第 4 章 电子称软件设计 .194.1 软件流程图及程序设计 .194.1.1 初始化程序设计流程图 .194.1.2 主程序设计流程图 .204.2 主程序设计及其相关程序设计 .214.2.1 主程序设计 .214.2.2 信号采样与 A/D 转换子程序的设计 .254.2.3 键盘/显示子程序设计 .27第五章 总结与展望 .295.1 设计总结与感想 .295.2 本设计存在的不足及工作展望 .30参考文献 .31附录 1
10、：原理图 .32附录 2：Proteus 仿真结果图 .33致谢 .341第 1 章 引言1.1 电子称的简介 智能电子称是电子衡器的其中一种，对加强管理企业、严格的生产、港口计量、贸易结算、交通运输及研究科学都从中起到了关键性的作用，因为智能电子衡器是计重控制和交易计量的重要手段。电子衡器拥有反应迅速、结构简单、应用操作简便、测量范围较大、作用面广、信号远传有利于计算机控制等一些特点。它被人们广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口建筑机械制造和国防等各个领域。噪音和工频干扰在工业现场与坏境中常常作为干扰源出现的，而且干扰源还远远不止这些，有许多的种类，因此电子衡器
11、的抗工频干扰能力是衡量的最重要的指标之一。电子衡器在市场上的电路种类比较复杂，而且成本也不低。不过本产品的电路相对简单，抵抗工频干扰性强，成本比市场上的同类电子衡器也较低，是值得推广的产品。1.2 选题背景与意义 随着 19 世纪 50 年代经济不断的繁荣，人们希望自动化称重通过电子技术融入衡器制造业，提出了衡器称重快捷简便的新要求，为了使新型的称重技术与生产工艺相适应。在 1960 年发明了专门和衡器关联的测重打印机。那时衡器是装臵带电子的、机械式的称量，可控制器有关的记录、显示等功能却是电子式。电子称经过简单粗糙向复杂精密发展，早期的机械、机电结合走向全电子化，不得不说它的发展与其他事物一
12、样。工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中现代称重技术和数据系统是已成为必要的构成部分。电子称则一直慢慢的向这些组成部分改进。称重传感器不断突破改进的各项性能，为智能电子称发展奠定基础。在 60 年代，国外就有 0.1%准确度的电子称，70 年代中期对大部分机械称开始了电子化改造。人们在生化水平提高的同时，消费品的种类也繁多了起来。日常生活中，我们不得不进行贸易来往，这也说明电子称是我们不可或缺的工具。我觉得应市场要求，有必要开发一套有符合市场有实用的智能电子称系统，在技术上改善一些缺点和应用中不足的地方，是符合当代称重衡器发展的。21.3 电子称的发展趋势 电子称因其装有电
13、子设备，所以种类各式各样。它参与贸易的最重要的结算过程，是与消费者的利益息息大、作用面广、信号远传有利于计算机控制等特点，对各个领域都起到了重要作用。电子称技术已经开始向动态称重发展；测量向多参数发展；计量向数字测量发展。快速称重与动态称重更是具有跨时代意义的。总的来说，我国虽然投入资金重点研发这些技术，发展上不断加快步伐。但数量和质量与发达工业国家比较还是具有差距。通过分析今年来电子秤产品的发展情况及国内外市场的需求，电子秤总得发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准备度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用
14、性能趋向于综合性和组合性。相关的，因此各国政府想强制管理的计量器具。针对自动化的称重贸易计量，电子称是一种重要手段。电子称拥有反应迅速、结构简单、应用操作简便、测量范围较。第 2 章 系统方案论证与选型2.1 电子称的基本结构电子称是测量地球对物体重力，确定其大小的仪器。任何原理制作的电子称都包括这三个组成部分：（1）称重感应器它是质量或重量转化为电量的元件，是一种变支撑力为电信号或一些别的形式信号便于计算的辅助功能。根据称重传感器的结构型号不同，可分为应变传感器、直接位移传感器和利用电阻、压电或磁弹性效应的传感器。称重感应器主要的要求有：可以在环境差的条件下工作；有很好的线性关系；被称物体物
15、理状态不影响测量；灵敏度要高；输出的电量与输入的质量单值必须保持对应；还要稳定可靠频响特性。（2）承重、传力复位系统这是转换元件和物体间的机械、传力复构、吊挂连接部件和称桥结构。（3）测量显示和数据输出的载荷测量装臵由电子线路，其中的放大器、电流源或电压源、调节器、保护线路等，指示部件包括显示、打印、数据传输等，这两位系统，即电子称的称体。它的组成部分有被称物体载荷的承载器、限位减震机大称重传感器中的部分构成。这3两部分叫称载测量装臵。前臵放大、过滤、运算、控制、计数等环节常常在数字测量电路中出现。2.2 电子秤的工作原理称重物体被放置在称台上，这时它的重量经过称体传到称重感应器中，传感器将力
16、信号转换成为电信号，被称物体的物理重量会与产生的电信号或电流形成一定正比的函数关系。放大电路再把这个电信号放大处理，过滤后经 A/D转换器进行转换，又将转换后的电信号传输给 CPU 进行处理，CPU 通过扫描键盘和功能键的开关情况，处理并判断和分析以此控制测量结果的运算。最后CPU 运算出的结果传递到内存储器，如果要显示结果，CPU 将发出从内存储器中读出结果并发送到显示器显示出来的指令，或者输送到打印机打印出来。滤波、A/D 转换、信号放大和信号运算处理一般都会在仪表中来进行完成。2.3 电子秤设计的要求及基本思路 2.3.1 电子秤设计的要求 (1) 称重范围：不超过 9.999Kg (2
17、) 测量精度： 0.005Kg (3) 显示方式： LCD 显示所称量的物品重量，同时还可显示物品的名称、数量、单价、金额和所有物品的总金额。(4) 使用操作：键盘输入数据，操作简单方便。 (5) 特殊功能：具有去皮功能以及能将金额累加计算；当物体重量小于 A/D 转换器的最小测量值或者超过电子称的计量范围时，具备无法称重的报警功能。 2.3.2 电子秤设计的基本思路 控制器模块、数据采集模块、和人机交互界面模块是电子称组成三大部分。压力传感器、信号的前级处理和 A/D 转换组成三大部分中数据采集模块。经过转换过的数字信号通过控制器的处理，控制器会处理数字信号的数字量，最后在人机间使用驱动模块
18、完成信息互换。这样再增加有过载、欠量报警的提示功能就完成了。4如图 2-1 本系统的设计图2.4 单片机的选型 本文设计的智能电子称采用单片机 AT89S 系列增强型的产品： AT89S52。拥有 256B 的 RAM 和 8KB 的程序存储器，这比上一代的 AT89S51 整整多出了一倍。不仅于此，它还新增添了 16 位定时计数器等功能，对于 S51 是一个具有独特应用与功能相当强的功能。只用 PC 机的并口输出非常容易的下载电路，就能用串行的方法将程序写入单片机中。这意味着不用烧写器，是 AT89S52 独特的优点。还可以做到不对硬件有什么改动来更改单片机的软件在下载电路设计系统中。综上所
19、述，我们确定选择电子市场上比较主流的 AT89S52 型号单片机，来作为此次设计的核心元件。AT89S52 工作中的电压在 4.0V 到 5.5V 之间，是兼容 MCS51 微控制器，三级程序加密，全静态时钟 0 Hz 到 33 MHz， 32 个可编程 I/O 口，2/3 个 16 位定时/计数器，6/8 个中断源，数据指针（双） ，全双工串行通讯口，看门狗定时器，上电复位标志。此外还扩展了 32K 数据存储器，以满足系统设计要求。2.5 数据采集模块 2.5.1 传感器 传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装臵，通常由敏感元件和转换元件组成” 。 转
20、换元件是能把敏感元件输出能量在传感器中转变成便于测量传输的信息的部分，敏感元件则是接受被测量的部分在传感器中。另外传感器是一种检测装臵，还是整个电路的首要环节，是用来实现自动检测与自动控制的。这种装臵能感受被测信息以及检测感受的信息，一定的规律变换电信号或其他输出信号，使它能满足息的存储、5传输、控制、处理、 、记录和显示等要求。 称重传感器被喻为电子秤的心脏部件，电子称的稳定性和精确度得取决于它的性能好坏，所以称重传感器占有非常重要的位臵在电子称中。因为电子称在称重的过程中，所产生的误差大部分来源于称重传感器，大约占有 50%70%左右。如果环境情况糟糕，那么误差比重会更大。所以我们正确选择
21、称重传感器是设计电子称的关键。 称重传感器的种类各式各样，根据工作原理不同来分为常用的有以下几种：电阻应变式、电容应变式、压磁应变式、压电应变式、谐振应变式等。 （本文设计采用的是电阻应变式） 电阻应变式称重传感器由弹性敏感元件和电阻应变计两个部分构成。其中弹性敏感元件是利用测量的重量改变弹性体的应变数值；电阻应变计是反应弹性体的应变值，会同时转换电阻值的变化，所感受机械应变量通常在 10-610-2间，电阻变化率也一般为 10-610-2。不过这样微小的变化阻值普通的测量仪表很难测出来，但我们可以使用能将电阻变化用电流或电压变化的形式转换的电路来进行测量，就能测出一般仪表测不出的电阻值。而符合这样的特殊电路就是桥式电路。电阻应变式称重传感器工作原理框图如图 2-1 所示：如图 2-2 电阻应变式称重传感器工作原理框图当没有被测物体时，即传感器没有受到载荷，弹性敏感元件不会产生应变变换，粘贴在弹性敏感元件上的应变片也不会发生变化，电阻值因此也不会变化，电桥电路平衡，没有输出电压；反之，有被测物体时，传感器收到载荷P，弹性敏感元件、应变片、电阻值都发生相应的变化，电桥失去平衡产生输出电压。
