1、毕业论文开题报告 机械设计制造及其自动化 数字称重计量系统设计 一、选题的背景和意义 选题的背景 我国是从 20 世纪 60 年代中期开始研制和生产的电子秤 。 早期的电子秤主要是模拟指针式的电子秤，数字式电子秤 的出现则是在 20 世纪 80 年代中后期， 再往后发展的 微机式电子秤 则是在 20 世纪 90 年代末至 21 世纪初。而数字化传感器的推出则是在 80 年代末 期 ，美国 SENSORTRONICS（ STS）公司在 88 年的全美衡器展览会上首次推出了一种在美国市场备受瞩目 的传感器， 这种传感器能将 A/D 转换器放置于普通应变式称重传 感器中的数字传感器，即整体型数字传感
2、器。 电子衡器主要是指配有电子称重装置的衡器，它主要由承载器、称重传感器、称重仪表这三部分所构成。 其 主要工作原理是 当载物台上放有重物时， 称重传感器 就能接受到他的力 ， 然后就将得到的重量信号 转换成 与之对应 的模拟信号 量 （电流或电压），再经过 A/D 转换器将输出的模拟信号转换成数字信号，并 将数字信号经过处理在 仪表盘上显示出来。 对生产 应变式称重传感器生产工艺环节 要求 比较多，工艺 也会比较 复杂， 所以 尽管投入大量物力、人力及精力，进行了温度、零点、灵敏度、滞后、非线性、蠕变等性能进行了 补 偿及四角误差的调整，但补偿技术设备却仍难以达到高质量的要求， 技术 成本和
3、质量成本一直居高不下。 但是 随着电子技术的飞速进步，单片机的普及 化 ，数字化称重传感器便应运而生。它是将现代电子技术及计算机软件技术 与 传统 的 应变式称重传感器相 结合 而发展起来的新型电子称量 计量 技术。它 所 采用的称重技术是在传感器内部采用高集成化、高智能化的处理单元，将模拟重量信号进行 A/D 转换等预处理，自动对应变式称重传感器的零点、温度、滞后、非线性、蠕变性能等进行数字化补偿，最后 得到数字信号 ，输出显示器显示出来。 电子技术的发展加快了衡器数字化 的进程，但电子衡器 却还 仍处在模拟电子技术 阶段 。 很多制造商 在开发数字称重传感器与称重仪表产品 的 过程中， 都
4、会对 A/D转换技术及软件自动化补偿技术 进行 重复 和 混乱 的 使用，造成器件资源 的极大 浪费，系统软件 的不完善、不统一，外围电路 的 增加， 非但 不能真正实现智能化、微型化、低功耗，高可1 靠性的目的， 而且还 增加 了 产品成本。自 1986年大面积推广单片机技术以来，我国在单片机开发、应用方面积累了丰富的实践经验，培养和造就了大批 传感器方面的 技术人才。现如今 单片机 已经 成为工业测控、智能仪器仪表、计算机网络与通信设备领域中最为理想的控 制用计算机。所以说单片机 的 应用 技术 、开发技术 已经 成为从事称重传感器、称重仪表专业的工程技术人员不可回避的一项重要技术手段。
5、选题的意义 由于原本的模拟式称重传感器的电阻应变转换原理决定了它固有的输出模拟信号小、抗干扰能力差、传输距离短、安装调试不方便等缺点。因此，早在二十世纪八十年代就引起了人们对模拟式称重传感器缺点的高度重视，人们就想能不能在不改变电阻应变式称重传感器称重机理的基础上，使上述缺点变为优点。为此国外一些称重传感器制造商就很快的推出了第一代“数字化称重传感器”，也就是把原本放在称重仪表内的放大 电路与 A/D转换电路，放置于称重传感器罩壳内或附近的接线盒内。数字化传感器主要由数字变送和模拟式传感器这两部分组成。 上述传感器由于输出的信号是数字信号，所以模拟式称重传感器的信号小、传输距离短、抗干扰能力差
6、等缺点 在这里就消除了 。但是它的各项传感器的性能指标却都是由自身的补偿、制造、调整工艺所决定的。也就是说，如果传感器自身的补偿、制造、调整工艺不 合格 ， 而 整个传感器的力学与温度指标（注意不是数字变送电路本身的温度指标） 如果要只靠 数字信号的改变来提高或补偿 就不可能了 。目前众多的国内企业制造商和 外资企业 制造商主推的产品都 是 属于这种类型的电子秤，此类传感器是没有突破原来传感器的功能的。必须要保证所设计和选用的数字变送电路及器件不能降低整个传感器的力学与温度指标 是 要做到第一代“数字化称重传感器”的难点，也就是说必须使数字变送电路 自 身的时间漂移和温度漂移不影响 整个 传感
7、器自身的补偿、制造、调整工艺所决定的力学与温度指标。另外，一些制造商在局部的功能上有所提高。但总体上还是属于第一代“数字化称重传感器”。本阶段的数字化称重传感器主要特点是不改变传感器本身传统的制造、补偿、调整工艺，仅将原先在称重仪表内的 A/D转换 电路移至传感器内或接线盒内，实现称重数字信号的传送。 本次毕业设计所选择的“数字称重计量系统设计”的课题，便是基于一段时间的调查研究后所选定的。因为数字补偿技术可以为灵敏度温度补偿、零点温度补偿、非线性补偿、滞后补偿、蠕变补偿等提供新的解决方案，基于微处理器的数字称重传感器系统具有一定的智能，有利于通过线路设计和软件设计实现数字补偿。 2 二、研究
8、目标与主要内容 （含论文提纲） 研究目标 （ 1）实现微电脑控制下的数字称重系统。 （ 2）设计的多功能微电脑电子秤系统 功能包括： 报警、 置零、去皮、置单价、称量及金 额计算并显示、找零 , 显示内容为：单价、数（重）量、总价（金额） 。 主要内容（论文提纲）： 第一章 绪论 1.1 设计背景和设计的意义 1.2 设计总体方案及设计方案论证 第二章 数字称重计量系统的系统设计原理分析 2.1 数字称重计量系统的功能分析 2.2 数字称重计量系统的实现原理 第三章 数字称重计量系统 的硬件电路设计 3.1 单片机接口电路设计 3.2 模数转换电路设计 3.3 显示电路设计 3.4 键盘电路设
9、计 第四章数字称重计量系统的软件实现 4.1 单片机控制的主程序的设计 4.2 显示电路的子程序设计 第五章 系统调试 5.1 ISIS 仿真 5.2 系统调试中所遇到问题及解决方案 第六章 总结与展望 附录：设计的电路原理图 三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等 通过综合应用所学电子技术和单片机技术设计并实现一个较为实用的数字称重计量系统。最主要的研究手法是实验和理论相结合的方法，通过理论研究可以为课题的设计提供理论保障，而只有通过 实验才能发现错误和不足，然后去找解决的办法。按照设计思路，先将电路图在电脑上用 PROTEL99SE 软件设计，并且检查电路正确与否，采用 C3
10、 语言编写程序，最后结合软件调试微电脑电子称。 研究手段 收集相关资料和文献，系统学习单片机 的使用以及 C 语言程序的书写， 设计并实现一个较为实用的数字称重计量系统。在进行设计制作的同时，通过调试随 时发现问题和解决问题，仿真环境采用 protues ISIS。 技术路线和实验方案 数字电子计价秤是通过金属箔式应变片传感器将被测物体的重量转换成模拟信号，由于得到的是一个较小的电压信号 ，所以先通过集成运算放大器将信号放大，以满足模/数转换器对输入信号的需求。接着将放大的电压信号送到 A/D 转换器得到数字信号，然后通过单片机控制最终显示测量结果。所以本设计的电路主要是有金属箔式应变片传感器
11、电路，模 /数转换电路，报警电路，键盘电路，单片机系统和显示电路。 四、参考文献 1赵广平，孙雯萍，孙建军 . 仪表技术与传感器 . 中船重工集团公司第七研究所 .2007 2程勇 .电子衡器的技术现状与发展趋势 .陕西省榆林市计量测试所 .2009 3张钟华 .计量测试技术的新动态 .中国计量学院学报 .2009 4岳建疆 .计量测试技术在电子衡器中的应用 .百科论坛 5张延温，武君婷，苏阳 .浅谈数字称重传感器的技术现状与发展趋势 .2003 6刘平 .如何选择与固定式电子衡器相兼容的称重传感器和数字称重显示器 .2010 7周祖濂 .数字称重系统 -称重技术新概念 .中国计量科学研究院
12、.2005 8臧衍乐 , 张得昆 .称重信号数字化模块设计 .西安工程科技学院 .2005 9王琦 .电阻应变式称重传感器的设计 .2005 10 X. Li， CJ. C.M.M eager. Elimination of Shunting Conductance Effects inn Low-Cost Capacitive一 Sensor Interface. IEEE Trans. Instrument. Means， 2000 11Japan Ltd.ADC0808/ADC08098-Bit P Compatible A/D Converters with 8 -Channel Mu
13、ltiplexer.2002 五、研究的整体方案与工作进度安排 （内容、步骤、时间） 整体方案： 通过综合应用所学电子技术和单片机软硬件技术设计 并实现一个较为实用的数字称重计量系统。该计量系统是以 AT89S51 单片机为核心，并由放大电路、 A/D 转换器、4 键盘电路、显示电路、复位电路等一起构成。生活中物体的重量信号是通过称盘下的重量电阻应变式传感器产生电信号， 然后送入 A/D 转换芯片进行模数转换，将模拟电压信号转换成数字量，转换后的数字量与电信号（物重）成正比，在进入 AT89S51 单片机，经过数据处理， AT89S51 单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际
14、重量。另一方面，商品单价通过键盘电路送入 AT89S51 单片机，物重与单价经过数据处理 ，物重与单价经过运算产生总价，也在显示电路上同时显示出来。 工作进度安排： 2010.11 3-2010.12.30： 资料收集、 文献查阅、并完成外文资料翻译。 2011.1.1-2011.3.1：资料收集、 文献查阅、并完成文献综述和开题报告。 2011.3.2-2011.3.30： 掌握单片机 AT89S51 的内部结构，及相应的程序编写方法 2011.4.1-2011.4.30： 电路设计 绘制电路图并仿真电路 2011.5 1-2011.5.15： 撰写论文初稿论文修改定稿，完成其他相 关文档准
15、备毕业答辩材料 六、研究的主要特点及创新点 预期目标： 设计并制作一个由 单片机 AT89S51 控制的数字称重计量系统， 通过金属箔式应变片传感器将被测物体的重量转换成模拟信号，由于得到的是一个较小的电压信号，所以先通过集成运算放大器将信号放大 ，它输出的模拟信号经过 ADC0809 转换成数字信号后，经单片机 AT89S51 处理，再通过数码管 LED 显示出来。设计的多功能微电脑电子秤系统功能包括： 报警、 置零、去皮、置单价、称量及金额计算并显示、找零 , 显示内容为：单价、数（重）量、总价（金额） 。 主要特点及创新点 ： 能够根据日常实际要求，准确无误地显示物品重量和金额数目等信息。多功能 微电脑电子秤 对比市场上的产品，有精度高、可靠性好等特点。抛弃了弹簧称的历史，我们将更加充分的享受到电子发展为人类社会带来的种种利好，从而为人们更好更精确地生活提供了保障。
