1、毕业设计开题报告 电子信息工程 电子秤的设计 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 随着经济的飞速发展，出售商品品种的增多以及交易频率的倍增，对电子秤的需求也越来越明显。近年来伴随计算机在商业领域的渗透，单片机的应用也正在随之不断地走向深入。于是，电子秤作为一种精确、智能、便捷、明了、可靠的称量仪器，在我们现代快节奏的生活中应运而生，并在商业活动中得到越来越广泛的应用，在人们的日常工作和生活中扮演这很重要的角色发挥了重要的作用。 电子秤的发展过程与其他事物一样，也经历了由简单到复杂、 由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。特别是近 30 年来，工
2、艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的检测等工作都离不开能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量的信号，而且能作为总系统的一个单元来承担着控制和校验的功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动话和合理化。 50 年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。 60 年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过 40 多年的不断改进与完善，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。电子衡 器制造技术及应用得到了全新的发展。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；测量特点已从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动
3、态称重的研究与应用。但就总体而来说，我国电子衡器产业产品的数量和质量与发达国家相比还有较大的差距，其主要差距在于技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。 物品称量是市场交易中很基本的活动，是商业领域最基本的衡具。传统的量具是杆秤或盘秤，二十世纪 70 年代开始出现了电子秤。早期的 电子秤多通过模拟电路实现，随着电子技术的不断发展数字芯片的价格逐渐下降，模拟控制已逐步被数字控制所取代，电子秤的设计模式也大都以微处理器为核心（单片机），使精度和可靠性都有了明显得提高。因为小型商用电子秤对适时性要求不高，运算也不太复杂，所以用八位
4、微处理器足可满足要求。 电子称重系统必须将多个传感器的输出进行合算，才能得到完整准确的称重结果。从二十世纪70 年代的模拟串联和算到 80 年代的模拟并联合算，合算技术的发展大幅度降低了电子秤的成本，提高了可靠性和稳定性。但是模拟并联合算也存在许多不足：如对传感器的一 致性要求比较高，无法对单个传感器进行检测，电子秤四角偏差调试相对复杂等。目前，解决上述问题的最好方法是采用数字合算或数模混合合算。由于信号放大器成本的不断下降以及 A D 转换器性能的大幅度提高，数字合算无论在技术上还是在经济上都进入了实用阶段。 电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求
5、的增加。目前大多数电子秤是以 1:3000或 1:10000 的分辨率输出最终的称重值的，这样的系统一般使用 12 bit 至 14 bit 的模数（ A/D）转换器就很容易满足要求。 目前，台式电子秤 在商业贸易中的使用已相当普遍，但同时也存在部分局限性：体积大、成本高、应用场所受到制约、需要工频交流电源供应、携带不便等。现有的便携秤为杆秤或用弹簧、拉伸形变来实现计量的弹簧秤，日常生活中用的基本都是杆秤。弹簧盘秤制造工艺要求比较高，弹簧的形变问题无法彻底解决，一旦超过弹簧弹性限度，弹簧秤就会产生很大误差，以至损坏同时影响称重的准确性和可靠性，只是一种暂时的代用品，慢慢淡出我们的视线。多年来，
6、人们一直期待测量准确、携带方便、价格低廉的便携式电子秤投放市场。基于电子秤的现状，我所做的是一种用单片机控制的简易电 子秤设计方案。 终上所述，本课题的主要设计思路是：利用称重传感器采集因压力变化所产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再由模数（ A/D）转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前称重物品的重量及价格总额，然后再 LCD 显示屏上显示出来。此外，还可以通过键盘来设定所称物体的价格。这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便，集质量称重功能和计价功能为一体，能够满足商业贸易和居民家庭使用的需求。 微处理器技术、传感器技术的发展和计算机
7、的广泛应用，电子产品的更新速度达到了 日新月异的地步。本系统在设计过程中，除了能实现基本的称重功能外，还具备键盘输入、计价、报警的实用性比较高的功能。系统的微控制器部分选择了兼容性比较好的 AT89 系列单片机，在系统更新换代的时候，只需要增加很少的硬件电路，甚至只要修改单片机系统的控制程序就能够实现。系统称重范围在 09.999 千克之间，精度为 0.005 千克，但是在实际的应用当中，称重的对象往往可能超过这个额定范围，因此本系统在设计的过程中还加入了超限报警模块和人性化的人机交互模块。 电子称重系统的设计核心是数据测量采集（称重传感器）模块和控制器 （单片机）模块。因此，单片机和城中传感
8、器的选择成了至关重要的一个环节。 称重传感器的选择主要要考虑以下几方面： （ 1） 要考虑传感器所处的实际工作环境； 传感器所处的工作工作环境情况对如何如何选用传感器是至关重要的，它关系到传感器是否能正常工作，关系到传感器的安全和使用寿命，甚至影响整个电子秤的可靠性和安全性。 （ 2） 对传感器量程的选择； 传感器量程的选择是依据秤的最大称量值、秤的自重和可能产生的偏差等因素综合评价来确定的。一般来说，传感器的量程越接近负载，其称量的准确度就越高，但在实际的使用中，由于加载传感器上的负载除 了被称物体外，还存在秤的自重、偏载及振动冲击等因素存在，因此在选用传感器量程的时候，要考虑到多方面的因素
9、，保证传感器的安全和寿命。 （ 3） 传感器精度选择 传感器的准确度等级概括了传感器的非线性、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。在选用的时候不应该盲目追求高等级的传感器，应该考虑电子衡的准确度等级和成本。一般情况下，选用传感器的总精度为非线性、不重复性和滞后三项指标的之和的均方根值略高于秤的精度。 控制器选择 MCS-51 系列单片机。由 ATMEL 公司生产的 AT89S52 是一种低功耗、高性能 COMS8位微 控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 随着科技的进步 , 对电子秤的要求也变得越来越高。影响电子秤称量精度的因素主要有：机械结构、称重传感器和显示仪
10、表。在机械结构方面，因为仪器材料结构强度和刚度的限制， 容易使力的传递出现误差，而称重传感器输出特性存在非线性 ,，加上数据采集、信号放大、模数转换等环节存在的非线性，使整个系统中的非线性误差变得不容忽视。因此，在对精度要求较高的称重场合，我们迫切需要电子秤能自动校正系统的非线性误差。此外，为了保证准确、稳定地显示称量值，仪器内部分辨率 (主要是 ADC 的分 辨率 ) 一般要比外部的显示分辨率高 4 倍以上，这就要求我们所采用的 ADC 具有足够的转换位数，但采用高精度的 ADC，自然就增加了系统的成本。 二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题： 设计并制作一个电子秤按照设计功能的要求，系统
11、的硬件部分可分为最小系统模块、数据采集模块、人机交互模块和系统电源模块。 设计主要技术指标为： （ 1） 称量范围 0 9.999kg； （ 2） 分度值 0.005kg； （ 3） 液晶显示：所称物体的重量。 本系统各个部分的功能设计都是在理想状态进行的，但在设计的同时也要将外界环境对其测量精度的影响考虑在内，尽量实现电 子秤测量的精确性，减少在现实中使用中存在诸多外界环境因素和系统本身非线性误差对系统测量精度的影响。 三、研究步骤、方法及措施： 首先将研究国内外对电子秤这方面的一些设计制作及研究成果，吸收各方面的设计方法及经验，取长补短，做到对于整个课题设计有一个整体的把握，使设计思路及论
12、文编写思路清晰，有较强的逻辑性。然后查阅诸多相关的书籍资料来确定本设计所需要的一些理论支持，同时找相关老师咨询寻求理论帮助，论证设计研究的可行性，听取指导老师的意见，让理论指导实践有序的进行。最后，对论文进行编写，绘制 PCB 图，对电路进行 调试，改进不足之处，优化设计并完成毕业设计的论文修改和充实，完成设计报告终稿。 四、参考文献 1 施汉谦 .电子秤技术 J.中国计量出版社 .1991. 2 何小艇 .电子系统设计 第三版 M.浙江大学出版社 .2004. 3 楼然苗 .51 系列单片机设计实例 第二版 M.北京航空航天大学出版社 .2008. 4 王幸之 .AT89 系列单片机原理及接
13、口技术 M.北京航天航空出版社 .2006. 5 马心凯 .基于 FPGA 的实用电子秤 J.低压电器 P15 23.2006. 6 王素珍 ,郑淑 芬，周梅称重配料系统传感器电源及放大电路 J.传感器技术 .2006. 7 卢京潮 .自动控制原理 第二版 .西北工业大学出版社 .2008. 8 阎石 .数字电子技术基础 第五版 M.高等教育出版社 .2006. 9 李春茂 .电子技术应用 M.中国建材工业出版社 .1999. 10 李华 .单片机接口技术 M.北京航空航天大学出版社 .1998. 11 陈尔绍 .传感器使用装置 M.人民邮电出版社 .1999. 12 王幸之 .王雷单片机应用系统抗干扰设计 M.北京航空航天大学出版社 .2000. 13 候国章 .测试与传感技术 M.高等德育出版社 .1998. 14 赵毅，牟同升，沈小丽 .单片机系统中数字滤波的算法 J.2001. 15 张俊谟 .单片机中级教程原理与应用 M.北京航空航天大学出版社 .1999.
