1、本科生毕业论文（设计）开题报告表论文(设计)名称 基于单片机高精度自动称重系统的设计论文（设计） 来源生产/社会实际论文（设计）类型 A 指导教师学生姓名 学号 班级 电子信息 工程一、研究或设计的目的和意义：称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。高精度电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。电子称重系统必须将多只传
2、感器的输出进行和算，才能得到完整准确的称重结果。从20 世纪 70 年代的模拟串联和算到 80 年代的模拟并联和算，和算技术的发展大幅度降低了高精度电子秤的成本，提高了可靠性和稳定性。但是，模拟并联和算也存在不足：如对传感器的一致性要求较高、无法对单个传感器进行检测、高精度电子秤四角偏差调试复杂等。目前，解决上述问题的最好方法是采用数字和算或数模混合和算。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，数字和算无论在技术上还是在经济上都进入了实用阶段。本项目研究一种用单片机控制的高精度智能高精度电子秤设计方案。这种高精度智能高精度电子秤体积小、计量准确、携带方便，集质量称量功
3、能与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求，项目的标准要求与 OIML(国际法制计量组织)建议基本吻合，与国际水平接轨。二、研究或设计的国内外现状和发展趋势：现代社会的发展，对称重技术提出了更高的要求，尤其是微处理技术和传感技术的巨大进步，大大加速了这个进程。分析近年来电子秤产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、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；其应用性能趋向于综合性和组合性。小型化：新研制的高精度电子秤充分体现了体积小、高度低、重量轻，即小薄
4、轻的发展方向。为使电子衡器的承载器达到小、薄、轻，开始采用重量轻且刚度大的空心波纹铜板和方形闭合截面的薄壁型材。 模块化：对于大型的承载结构，电子衡器的承载器采用模块式一体组合或分体组合，而产生新的品种和规格。这种模块化组合不但提高了产品的通用性、互换性和可靠性，而且也大大提高了生产效率，降低了成本。智能化：与电子计算机组合或开发称重用计算机，利用计算机的智能来增加称重显示控制的功能，使其在原有功能的基础上增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能。这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的高精度电子秤与采用智能化称重显示控制器的高精度电子秤的根本区别。集成化：对于某些品种和结构的电子衡器，
5、可以实现承载器与称重传感器一体化或承载器、称重传感器与称重显示控制器一体化。 综合性：电子称重技术和电子衡器产品的应用范围不断扩大，它已渗透到一些学科和工业自动控制领域。对某些商用电子计价秤而言，只具备称重、计价、显示、打印功能还远远不够，现代商业系统还要求它能提供各种销售信息，把称重与管理自动化紧密结合，使称重、计价、进库、销售管理一体化，实现管理自动化。这就要求电子计价秤能与电子 计算机联网，把称重系统与计算机系统组成一个完整的综合控制系统。 组合性：在工业生产过程或工艺流程中，不少称重系统还应具有可组合性，即：测量范围可以任意设定；硬件能够依据不定的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令
6、可使用不同的语言，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。在自动称重传感器方面,国外高精度电子秤产品的品种和结构又有创新,技术功能和应用范围不断扩大,成果举例如下:美国 Revere 公司研制出 PUS 型具有大气压力补偿功能的拉压两用的称重传感器,用于高准确度检验平台,称重平台,准确度可达 5000d；德国 HBM 公司研制成功 C2A、 C16A 两种不同结构的 1-100t 具有耐压外壳保护的防爆称重传感器,其防爆性能符合欧洲 EN50014 和 EN50018d 级标准；美国斯凯梅公司研制出新一代高准确度不锈钢F6Ox 系列 5-5000kg 称重传感器,准确度 6000d。用于湿度大
7、,腐蚀性强的环境中,而且防水。三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：（一）主要研究内容多功能电子计价秤设计的主要工作内容包括：熟悉单片机及接口的设计方法；了解称重传感器的原理及应用并选型；设计称重传感器输入电路；设计显示、键盘、打印、通讯电路；设计程序流程；编写 C 语言程序；软件调试、仿真以及写出毕业设计说明书。该设计系统以单片机 AT89C51 为核心设计高精度电子秤，要求能够用键盘设计单价，称重后能同时显示重量、单价和总额，具有去皮功能和总额累加功能，可以预存多种商品单价并随意调出使用，以及测量并显示温度的功能。根据设计内容的要求，该设计采用单片机 AT89C51 为控制核心
8、，实现高精度电子秤的基本控制功能。其他的传感器和 A/D 转换器件、键盘输入及显示部件没有严格的限制，使设计性达到高价比是目的之一，因此就缩小了选材选型的范围。最终使设计符合精度高、体积小、便于计价等特点。设计大体分为三个部分，第一，如何正确的选择硬件，这是设计的主体；第二，正确的设计 C 程序，把所需的控制功能通过单片机的运行而表示出来，这是设计的核心；最后，正确的连接线路，才能实现单片机的有效的运行，保证系统的正确性，是设计的交通枢纽。（二）设计思路本次设计是基于单片机的电子秤设计，可大致分为：数据采集部分、信号放大部分、模数转换部分、单片机控制部分、人机接口部分。信号采集：利用称重传感器
9、获取重量信息；信号放大：将采集到的信息进行放大；模数转换：利用 A/D 转换器把输入的模拟信号转换成数字信号送入单片机进行处理；单片机控制：中央控制部分，接受外部送入的信息，通过运算和处理，进行相应的控制；人机接口：人机联系部分有键盘、显示器等。关于称重传感器，选用电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片是电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应。由于电阻应变式传感器应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器，而且分辨力和灵敏度高，精度较高，结构轻小，对试件影响小，对复杂环境适应性强，可在高温、高压、
10、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。因此选用电阻应变式传感器。其测重范围和精度完全可以符合要求。针对显示部分，有以下两种参考方案：其一是数码管显示，其二是 LCD 显示。由于液晶显示器的主要材料是液态晶体。它在特定的温度范围内，既具有液体的流动性，又具有晶体的某些光学特性，其透明度和颜色随电场、磁场、光照度等外界条件变化而变化。因此，用液晶做成显示器件，就可以把上诉外界条件的变化反映出来从而形成现实的效果。对于数码管显示，此种方案显示直观，编程简单，但由于设计需要同时显示单价、重量、金额等诸多信息，这就需要大量的数码管。由此增加了电路的复杂程度，也增加了成本，故拟放弃此方案。键盘输入是人机交互
11、界面中重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。操作者通过键盘向系统发送各种指令或置入必要的数据信息。因此键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。键盘是由若干个按键开关组成，键的多少根据单片机应用系统的用途而定。键盘由许多键组成，每一个键相当于一个机械开关触点，当按下键时，触点闭合，当松开时，触点断开。单片机接收到按键的触点信号后作相应的功能处理。因此，相对于单片机系统来说键盘接口信号是输入信号。键盘设计方有两种选择：矩阵式键盘；专用芯片式键盘。在输入模块中，只有硬件是远远不够的，还缺少一个系统的大脑 ，将外界接受的信息进行统一处理，这就需要软件的配合，即程序。通过程序将输入
12、的信息处理转化为系统需要的信息，如：根据手动输入的单价算出总价格。模数转换模块，把传感器所测的模拟信号转化为数字信号，从而使单片机对数字信号的进行有效处理。用到的器件就是 A/D 转换器，然而在转换之前，还需对微弱的电信号进行放大、滤波等，故需选择仪表放大器。在 A/D 转换中，考虑到转换速率、抗干扰等方面，拟采用高精度高增益 24 位 A/D 芯片 HX711，与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整体成本，提高了整体性能和可靠性。另外，关于扩展模块（温度模块）的设计有以下思路
13、：采用 DS18B20 温度传感器。 DS18B20 测温范围是-55125，固有测温分辨率为 0.5，满足设计要求。四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：由于未曾更多的了解基于单片机的高精度电子秤技术，所以本次设计将需要阅读和浏览大量的单片机相关书籍，文章，文献及其他研究成果，大致上了解了电子秤的原理、结构。本设计是以单片机 AT89C51 为控制核心，主要的作用是进行数据的计算，传输，读取，和显示到显示器上。本设计主要原理是通过压力传感器检测到直流电桥的输出的值送到A/D 进行转换，再由单片机读取 A/D 转换器转换的值和键盘的值，再通过计算，显示到显示器上。本设计的主
14、要功能是进行称重，和读取键盘输入的值，进而进行计价。显示器上显示重量，单价和总价。设计主要通过 Protues 进行模拟实验，再通过面包板进行实物实验，如果可以最后通过 PCB 设计,设计出所需的 PCB 板五、工作的主要阶段、进度与时间安排：设计分为四个阶段：第一阶段：（三月月初到三月下旬）主要是阅读大量相关书籍、文章文献，搜集资料。第二阶段：（三月下旬至四月下旬）是整理阶段。确定整体思路和制定出论文的目录，并写出大概的提纲。第三阶段：（四月下旬至五月中旬）通过前期的准备，先写出大致的初稿。第四阶段：（五月中旬到六月）将初稿交给老师进行审阅，然后对不足的地方进行反复修改，最后定稿。六、阅读的
15、主要参考文献及资料名称：1 徐科军 传感器与检测技术 北京：电子工业出版社，2008.22 周杏鹏 传感器与检测技术 北京：清华大学出版社，2010.93 牛昱光 单片机原理与接口技术 北京：电子工业出版社，2008.24 李晓林 单片机原理与接口技术 北京：电子工业出版社，2010.15 马春燕 微机原理及接口技术 北京：电子工业出版社，2007.16 潘新民，王燕芳 微型计算机控制技术 北京：高等教育出版社，2001.77 CSDN.NET http:/ 8 华成英，童诗白 模拟电子技术基础 北京：高等教育出版社 ，2006.59 中国工控网 http:/ 称重传感器选型手册 11Xiao
16、-dan Wang,Yong-hai Sun,Ying Wang,Tie-jun Hu,Min-hua Chen,Bing He. Artificial Tactile Sense Technique for Predicting Beef Tenderness Based on FS Pressure SensorJ. Journal of Bionic Engineering,2009,62:.12Bing Yin,Heqiu Zhang,Yu Qiu,Yue Chang,Jixue Lei,Dechao Yang,Yingmin Luo,Yu Zhao,Lizhong Hu. Piezo
17、-phototronic effect enhanced pressure sensor based on ZnO/NiO core/shell nanorods arrayJ. Nano Energy,2016,21:.13Flix Gil Carrasco,Daniela Daz Alonso,Luis Nio-de-Rivera. Biocompatibility and implant of a less invasive intraocular pressure sensorJ. Microelectronic Engineering,2016,:.14 赵茂泰 智能仪器原理及应用 北京：电子工业出版社，2009.315 谭浩强 C 程序设计 北京：清华大学出版社，2005.716 阎石 数字电子技术基础 北京：高等教育出版社，1997.12七、指导教师意见和建议：指导教师（签字）： 年 月 日
