1、- i -本科毕业论文（20 届）基于电阻应变片的智能称重系统的设计与实现所在学院专业班级 电子信息工程学生姓名指导教师完成日期1目录摘要 .1ABSTRACT.2前言 .3第一章 绪论 .41.1 课题背景 .41.2 国内外研究现状 .4第二章 系统总体方案设计 .62.1 系统基本要求 .62.2 硬件系统设计方案 .62.3 软件系统设计方案 .7第三章 系统硬件设计 .93.1 单片机系统的设计 .93.2 电阻应变式传感器 .113.3 A/D 转换芯片 HX711.123.4 显示模块电路 .133.5 矩阵键盘 .143.6 声光报警电路 .153.7 电子称的总电路 .15第
2、四章 系统软件设计 .174.1 程序的总体设计 .174.2 主程序 .184.3 A/D 转换程序 .204.4 按键处理程序的设计 .204.5 定时子程序 .224.6 显示子程序 .23第五章 系统调试与分析 .255.1 软件调试 .255.2 实物制作与调试 .255.3 实物误差分析 .28结论 .32文献综述 .33致谢 .34附录 .352摘 要称重技术的发展影响着人们的生活，测量物体的重量已经成为当代生活中必不可少的部分。近年来，智能电子称逐渐取代了台秤、杆秤、吊秤，成为了人们生活中的必需品。本次设计的电子秤有称重、计价、显示、超重声光报警等功能，具有速度快、寿命长、操作
3、方便、准确度高、便于携带等优点。本次设计采用电子称专用 24 位 A/D 芯片 HX711 和电阻应变式传感器。电子秤运用单片机来完成，单片机选用 STC89C52，控制电路实现称重、计价等功能。采用 4*4 矩阵键盘，该键盘具有容量大，操作便捷的等优点。显示器采用 LCD1602，用它来显示称重的重量、单价和总价。本设计的称重量程为 010Kg，当测量的物体超重时，蜂鸣器会发出刺耳的响声，同时报警灯变亮。关键词：HX711，电阻应变式传感器，STC89C52，LCD16023ABSTRACTDevelopment of weighing technology affects peoples
4、lives, the weight of the measured object has become an essential part of modern life. In recent years, intelligent electronic scale gradually replaced the scales, steelyard, crane scale, has become a necessity in peoples lives.The design of the electronic scale with weighing, pricing, display, overw
5、eight acousto-optic alarm and other functions, and has the advantages of high accuracy, fast speed, convenient operation, long service life and convenient carrying. Using this design electronic said special 24 bit A/D chip HX711 and the resistance strain sensor. Electronic scale by using the MCU to
6、complete, SCM STC89C52, control circuit realizes the weighing, pricing and other functions. Using the 4*4 matrix keyboard, the keyboard has the advantages of large capacity, convenient operation. Using the LCD1602 display the weight, unit price and total price weighting. Weighing range of this desig
7、n is 010Kg, when the measured objects are overweight, the buzzer will screeched, and at the same time the alarm lamp lit.Keywords: HX711; resistance strain sensor; STC89C52; LCD16024前言随着技术的进步，基于电阻应变片的智能称重系统已经广泛地应用到各行各业，实现了对物体准确、快速的称量，随着工业生产自动化程度不断提高，智能称重仪器已经成为自动化控制和日常生活中的必需的装置。20 世纪 80 年代到 90 年代，我国称
8、重传感器技术的发展非常迅速，除了品种迅速增加以外，产品的质量也不断提高。许多厂家都购置智能温度补偿装置，实现了规模化生产。紧接着称重传感器生产企业增加到 150 个，年产量两百多万只。规模大的企业从国内的市场拓宽到了国外的市场，开始了小批量的出口，企业年产值得到了很大的提高。国外的智能称重仪的电路设计中的放大电路采用 OPA227 和 OPA228 系列放大器，结合低噪声与精度高和宽的带宽，设计出的称重仪需要交流和精密直流性能。国外的学者也在设计中应用了 ADG819/ADG820，其特点是精度高、低功耗、便于携带、靠电池供电。电阻应变式传感器用来测量机械、建筑、医疗、航空等领域的力、加速度、
9、位移等参数。由此可知，该传感器的应用十分广泛，地位十分重要。本次毕业设计将基于电阻应变片的智能称重系统作为研究课题，主要任务及目标为：熟悉和掌握该系统主要使用电阻应变片、电桥电路、放大及 A/D 转换实现称重，结合单片机技术，实现数据采集、计算与显示。全文共分为五章。分别为绪论、系统总体方案设计、系统硬件设计、系统软件设计、系统调试与分析。5第一章 绪论1.1 课题背景随着电子、微电子和机电技术的发展，市场上不断地涌现出智能化、数字化、功耗低的智能称重仪器。这些仪器不仅制造工艺简单，而且成本较低，这样一来，智能称重仪器的市场就变得相当有活力和竞争力。近年来,我国智能称重仪器的发展较快,许多有远
10、见的企业制造商都纷纷生产这一产品。为了使称重系统智能化，制造商改进了 A/D 转换芯片，从而提高了模拟信号转换成数字信号的速度。电阻应变式传感器是智能称重仪常用的传感器，它用来测量机械、建筑、医疗、航空等领域的力、加速度、位移等参数。电阻应变式传感器的应用十分广泛，地位十分重要，在未来的几十年，它不容易被取而代之，相反会有许多科学家对它进行研究和改进。现在市场上电子秤存在很多问题，各方面都不完善。例如人们在货物买卖过程中经常会遇到黑心卖家计价作弊的行为，罪魁祸首当然是被人精心设计的电子称。所以，我想通过自己的努力，设计出一款比较完善的电子称，给人们的生活带来一定的便利。1.2 国内外研究现状随
11、着生活品质的提高，称重仪逐渐走进人们的生活，除了在菜市场、水果店、大小型工厂使用以外，也成了每家每户的必备品，超重或者偏瘦往往会造成一定的疾病，所以定时测量自己的体重是相当有必要的。称重仪必定将小型化、集成化、节能化、智能化、多功能化方向发展。国内外的许多专家不断地对称重仪进行研究和改进，来满足人们的各种合理的要求，同时也推动了社会的发展。61.2.1 国内研究现80 年代到 90 年代，我国称重传感器的品种开始增多，并且质量得到了提高，步入了快速发展的阶段。许多厂家都购置智能温度补偿装置，实现了规模化生产。紧接着称重传感器生产企业增加到 150 个，年产量两百多万只。规模大的企业从国内的市场
12、拓宽到了国外的市场，开始了小批量出口，企业年产值得到了很大的提高。国内的电子称重系统发展迅速，从机电结合型发展到数字智能型。电子称重技术逐渐从静态发展到动态，从单参数发展到多参数，从模拟发展到数字。如今，国内电子称重技术基本与国际接轨，更值得一提的是，少数产品在国际上名列前茅。由于智能电子秤拥有测量速度快、精度高、成本较低、携带方便等优点，所以它开始逐渐取代传统的台秤、杆秤、吊秤。当下，智能电子称已经成为测量领域的主流产品，国内许多爱美丽的年轻女孩几乎人手一个，用来控制自己的体重。1.2.2 国外研究现状国外的智能称重仪和国内相比，之所以比较高端，是因为他们设计的称重仪电路非常完善，例如放大电
13、路采用 OPA227 和 OPA228 系列放大器，双掷开关采用 ADG819/ADG820。国外的智能称重仪的电路设计中的放大电路采用 OPA227 和 OPA228 系列放大器，结合低噪声与精度高和宽的带宽，设计出拥有交流和精密直流性能的称重仪。为了使得称重仪便于携带，国外的学者在设计开关时，应用了一款单芯片CMOS 单刀双掷开关 ADG819，它具有便于携带、精度高、低功耗、靠电池供电等优点。7第二章 系统总体方案设计2.1 系统基本要求本次毕业设计将基于电阻应变片的智能称重系统作为研究课题，主要任务及目标为：熟悉和掌握该系统主要使用电阻应变片、电桥电路、放大及 A/D 转换实现称重，结
14、合单片机技术，实现数据采集、显示、计算、超重声光报警。本系统设计方案由两部分组成，分别是硬件系统和软件系统。2.2 硬件系统设计方案本次设计采用电子称专用 24 位 A/D 芯片 HX711 和电阻应变式传感器。电子秤运用单片机来完成，单片机选用 STC89C52，控制电路实现称重、计价等功能。采用 4*4 矩阵键盘，该键盘具有容量大，操作便捷的等优点。显示器采用 LCD1602，用它来显示称重的重量、单价和总价。本设计的称重量程为010Kg，当测量的物体超重时，蜂鸣器会发出刺耳的响声，同时报警灯变亮。2.2.1 硬件系统的工作原理把物体放在托盘上，传感器的电阻应变片感受到压力，其阻值发生微小
15、的变化，运用电桥电路把阻值的变化转化成电压的变化，然后输出模拟信号，HX711 将模拟信号调整到 A/D 转换器能采集的范围，然后进行 A/D 转化，接着把采集到的数字信号送到单片机，经过单片机处理后，把数字信号输送到显示电路中，由显示电路输出重量、单价、总价。当测量重量超过量程时，蜂鸣器发出刺耳的响声，同时报警灯发亮。基于电阻应变片的智能电子秤的工作原理如图 2-1 所示。8称重传感器A/D 芯片 HX711单片机 STC89C52LCD16024*4 矩阵键盘 超重声光报警图 2-1 单片机电子秤的工作原理图2.2.2 硬件的选型1.模数转换器方案一：HX711，它是 24 位 A/D 转
16、换器芯片，它专门用于智能称重仪的设计。具有速度快、集成度高、抗干扰性强、价格较低等优点。方案二：ADC0832，它是 NS 公司生产的通用的 8 位模数转换器，具有功耗低，性价比高等优点。为了提高电子秤测量的精确度，选择方案一。2.单片机方案一：AT89C52，它具有功耗低，抗干扰强，速度快等优点。方案二：MSP430 ，它具有功耗低，速度快等优点，但是成本比较高。为了提高电子秤测量的性能，降低设计的成本选方案一。3.显示器件方案一：采用 LCD1602，它能够同时显示 32 个字符，价格便宜。方案二：LCD12864，它能够同时显示 128*64 个字符。本次设计的电子秤只要显示重量，单价，总价，32 个字符足够了，用LCD12864 的话有点小题大做，综合考虑选方案一。2.3 软件系统设计方案软件系统的设计分为三个重点，分别为 A/D 转换程序、按键处理程序、显9示程序。本次设计的程序需要实现 A/D 转换，按键处理，超量程声光报警，重量、单价、总价的显示等功能。软件系统设计的流程图如图 2-2 所示。显示初始化启动 A/D 转换定时器初始化读取重量值超过上限？键盘扫描显示总价显示重量值YN声光报警结束开始图 2-2 主程序流程图
