1、 届毕业设计(论文)题 目: 电子秤的设计 学 院: 电子与信息工程学院 专 业: 电子信息工程 学 号: 姓 名: 指导老师: 起讫日期: 2014 年 06 月电子秤的设计摘 要智能电子秤是日常生活中经常使用的一种测重装置,它采用了电子技术、传感器技术等，测量的误差小，可以将“精确、快速、自动”的要求很好的满足。现实生活中，在学校、市场、工厂、医院等地方都得到了广泛的推广和应用。本设计主要以单片机为中心模块,针对电子秤的自动称重、自动处理数据、自动显示来进行设计。本系统中的数据采集模块主要负责将压力这个非电量转化为电量；信号处理模块主要负责对信号的放大和模/数转换；单片机控制模块主要负责数
2、据的进一步处理、控制端口的输出等；显示模块主要负责显示重量、单价、总价；程序设计方面采用的模块化的设计思想。通过对这些模块的方案选择以及硬件设计，详细的介绍了本系统是如何进行数据采集、数据处理以及显示的。关键词：电子秤 变阻式压力传感器 单片机 A/D 转换器The design of electronic scalesAbstractIntelligent electronic scale is one of the weighing device that we are frequently used in daily life, which uses electronic technol
3、ogy, sensor technology with a small measurement error. And it can be nice to meet the requirements-“precisely, quickly and automatically“. In real life, it has been widely promoted and applied in schools, markets, factories, hospitals and other places.The system uses the single-chip as central modul
4、e,being designed for automatically scales for weighing, automatic data processing, automatic display. Data acquisition module is mainly responsible for the pressure of the non-power into electricity; The signal processing module is mainly responsible for signal amplification and A / D converter ; SC
5、M control module is mainly responsible for the further processing of data, the control output port, etc.; The display module is mainly responsible for displaying the weight, unit price, total price; modular design concept adopted in the design process.Through selecting the scheme of these modules an
6、d designing hardware, describes in detail how the system for data acquisition, data processing and display.Key Words：Electronic scales; variable resistance type pressure sensor; microcontroller; A/D converter目 录摘 要 .Abstract .第一章 绪论 .11.1引言 .11.2 国内外的发展现状 .11.3 研究的目的和意义 .11.4 总体设计思路 .21.5 论文结构 .2第二章
7、 系统方案设计 .32.1系统整体设计方案比较 .32.2 系统各模块电路设计方案比较 .42.2.1 单片机处理模块 .42.2.2 数据采集模块 .52.2.3 信号处理模块 .62.2.4 显示模块 .72.2.5 按键电路 .72.3 具体实施方案简介 .8第三章 系统硬件设计 .93.1 基于 STC89C52的单片机控制模块 .93.1.1 STC89C52 简介 .93.1.2 STC89C52 引脚说明 .93.1.3 STC89C52 具体电路设计 .103.2 数据采集模块 .113.3 信号处理模块 .123.3.1 HX711 简介 .123.3.2 HX711 引脚图
8、 .133.3.3 信号处理模块电路设计 .143.4 显示模块 .143.4.1 LCD1602 简介 .143.4.2 LCD1602 引脚图 .153.4.3 显示模块电路设计 .153.5 按键电路 .163.5.1 4*4按键简介 .163.5.2 按键电路设计 .173.6 报警模块 .173.6.1 报警模块介绍 .173.6.2报警模块电路设计 .173.7 总结 .18第四章 系统软件设计 .194.1 软件开发环境 .194.2 系统软件设计流程图 .194.2.1 主程序设计流程图 .194.2.2 系统显示部分流程图 .204.2.3 信号处理模块流程图 .214.3
9、总结 .22第五章 系统仿真及硬件调试 .235.1系统仿真 .235.1.1系统仿真图 .235.1.2 系统仿真结果 .235.1.3 系统仿真误差分析 .255.2 系统整体调试 .255.2.1 系统实物调试结果图 .255.2.2 系统实物调试误差分析： .27总 结 .28参考文献 .29致 谢 .30附 录 .31南京工业大学本科生毕业设计(论文)1第一章 绪论1.1引言电子秤是日常生活当中经常会用到的一款衡器装置，它不仅体积小、读数方便，而且精确度高，操作十分简单方便。正因为上面这些优点，才能够被广泛应用与商场、医院、工厂等地方。相对于应用普通杠杆原理的衡器而言，电子秤有着很大
10、的优点，它的精度比杠杆称重精度高的多，应用受限较少，所以应用非常广泛。为了使生活变得更加方便，研究和制作各种不同规格的电子秤有着非常重要的意义。1.2 国内外的发展现状现今社会，无论是在企业、医院交易市场、交易市场，还是小到每个家庭，电子秤可以说是随处可见。它不仅拥有很多种类，而且拥有巨大的市场占有量。从日常生活中的简单的测量重量到工厂里产品的重量的检测，电子秤在越来越多的方面得到应用。随着市场需求的不断变化以及测重技术的飞跃发展，电子秤的技术性能趋向于高可靠性、高效率、高精确度。总的来说，电子秤技术正越来越模块化、集成化以及智能化。国际社会上，很多西方发达国家研制出的电子秤准确度高，可靠性高
11、，可以说已经达到了很高的水平。他们已经研制了具有较高准确度、防水、耐腐蚀以及在高气压下正常工作的电子秤。目前，我国在电子秤称重技术上虽然与西方发达国家仍有一些差距，但是研究专家们正在不断努力，也取得了不少理论成果。我们国家已经成功研制出了省电、功耗小以及能够利用光能的电子秤，不仅精度高，而且节能环保。1.3 研究的目的和意义电子秤的设计包括很多方面，不仅需要了解电子秤的各个组成部件，而且需要了解电子秤实际生活中的应用情况。要顺利的完成电子秤的设计，需要去了解传感器的原理、A/D转换器的原理及应用、单片机的应用以及完成程序算法的设计，这些方面需要我们运用所学的各种软件以及硬件方面的知识，可以巩固
12、我们对于专业知识，以及其他相关知识的了解。第一章 绪论21.4 总体设计思路根据本课题的背景以及设计要求，要实现称重功能，首先要将物体重量这个非电量转化为电量，因此需要传感器模块，传感器输出的的电量与物体的重量有一定的对应关系；但是只依靠这一关系推算出的重量不精确，而且不直观，所以需要对传感器输出的数据进行处理；信号的处理一般选用单片机来进行，但是单片机输入的是数字信号，而传感器的输出是模拟信号，因此在此之前还要对信号进行模/数转换，再输入单片机进行处理；单片机输出的信号可以采用数码管显示，或者是 LCD 显示，这样得到的结果不仅准确性得到提高，而且比较直观，给用户更好的体验。除了以上功能模块
13、，本设计还加入了报警模块。1.5 论文结构本论文包括中外文摘要、目录、正文、总结、参考文献、致谢、附录几大方面。正文部分第一章为绪论，第二章为系统方案设计，第三章为系统硬件设计，第四章为系统软件设计，第五章为系统仿真及硬件调试。南京工业大学本科生毕业设计(论文)3第二章 系统方案设计2.1系统整体设计方案比较根据上面的设计思路，可以衍生出很多的设计方案，现列出三种方案如下：方案一 简单的输入输出方案，如图 2-1：图 2-1 方案一这个方案是通过直接将物体放到传感器上，然后将传感器的输出接到万用表，再根据传感器特性推算出物体的重量，操作起来十分方便。但是也有很多的局限，这种方案的电子秤只能实现
14、基本的秤重功能，而不能实现外部数据的输入，因此无法实现手动输入一些参数；而且得出物体重量非常麻烦，不能直接看出重量是多少，所以人机交换界面不理想，达不到购物清单的要求。 方案二 在方案一的基础上，可以通过将信号放大以及进行模/数转换来提高结果的精确度，并使用显示模块可以使系统显示字符，使界面更直观，而且加入键盘模块，实现人机交互功能如图 2-2：图 2-2方案二数据采集 万用表数据采集AD 转换 单片机处理 显示模块按键处理信号放大第二章 系统方案设计4这种方案设计的电子秤不仅有了信号处理这一环节，使精度得到了很大的提高，而且可以通过键盘手动输入物品的单价，并能够显示出物品的重量、单价以及总价
15、，拥有很好的人机交互界面。通过对比上述三种方案的优缺点，在考虑到设计的成本以及可行性前提下，本次设计选择使用第三种方案设计完成了最终的电子秤方案、最终的硬件设计方案图。除上面这些功能模块外，本设计还加入了报警模块作为扩展功能，方案图 2-3如下： 图 2-3 系统整体方案图2.2 系统各模块电路设计方案比较2.2.1 单片机处理模块本系统的中心控制模块即单片机控制模块，它在整个系统中负责数据的处理、交换等作用。本次设计中的键盘输入信号、信号处理模块的输入信号，都将被输入到中心模块中进行数据的进一步处理。不仅如此，此中心控制模块还要能够输出显示控制信号、信号处理控制信号、报警信号等等。显然，作为
16、整个系统的中心控制芯片，单片机扮演着一个中心枢纽的角色，不仅有信号的输入，也有信号的输出，具有十分重要的地位。因此，在选用这种中心控制芯片的时候，最好能够选用内存大，可靠性高，速度快而且价格便宜的芯片。在对比市场上众多的单片机芯片后发现，STC89C52 相对于其他芯片可以很好的完成上面的功能，并且拥有许多自身的优点。STC89C52 是一种 8位微控制器，采用串口直接下载，抗干扰能力相对更好一点，兼容性也不错，而且成本不高。因此，本次设计的中心控制芯片选用的是 STC89C52。信号处理 单片机处理 显示模块按键处理数据采集报警模块南京工业大学本科生毕业设计(论文)52.2.2 数据采集模块
17、数据采集模块电路的作用是将物体的重量这个非电量，转换为电压或者电流这些电量形式，以便后续的处理、输出，因此需要用到压力传感器。方案一 采用压电式压力传感器晶体的正压电效应是压电式压力传感器的主要工作原理。正压电效应是指当改变外力的大小时，晶体内部的电极性发生改变，所带的电荷量也发生改变。因此，可以通过测得改变的电荷量的大小，来得到施加的外力的大小。市场上的压电式传感器种类很多，它们都有体积小，动态性好等优点。但 是 该传感器的弱点也比较明显：内阻较大、功率偏小，防噪声性能不是很突出，输出特性被严重影响，因此由它输出的能量比较薄弱，需要设计复杂的外接电路进行矫正。方案二 采用电容式压力传感器电容
18、式传感器是一种可以将压力、位移等非电量的变化转换为电容量的变化的传感器装置。它的优点是灵敏度高、简单、动态响应良好、测量可以不用接触等。一般我们借助平行电容器来解释说明电容式传感器的工作原理，两块平行的金属板上面的电容量（不考虑边缘效应）为：其中： 介质的相对介电常数； 真空中的介电常数；A平行板覆盖的有效ro面积；d平行板间的距离。当被测量物体的重量发生改变，并进而改变等式中 、 、A、d 的大小时，电容量ro都会改变，从而将变化量转化为电量的输出。然而，电容式压力传感器也有一些不足的地方：(1) 初始时的电容比较小，因此会在杂散电路中产生较大的寄生电容。(2) 功率小、阻抗高。由于平行板的尺寸较小，电容式传感器的电容量都比较小，因此它的容抗 =1/ C很大，属于高阻抗的元件，所以负载能力不行；同时，由于 P=XC，则当电容 C 很小时，功率 P 也就比较小。因此，电容式传感器外界干扰的抵抗2ou能力较弱，需要采取必要的抗干扰措施。方案三 采用电阻式压力传感器（2-1）dCro
