称重基于单片机的高精度电子秤设计毕业设计范文免费预览.doc

毕业设计论文

题目基于单片机的高精度电子秤设计

目 录

1 .1称重技术和称重仪器的历史发展. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1 .2电子秤的组成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1 .2.1 电子秤的基本结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1 .2.2电子秤的工作原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1 .2.3电子秤的计量性能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1 .3本论文研究主要内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1 .3.1基本内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1 .3.2具体要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2 高精度电子秤系统方案设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

2.1系统方案设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

2.2控制器选型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.2.1 AT89S52管脚说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.3数据采集模块选型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.3.1压力传感器原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

2.3.2压力传感器选型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2.4调理电路选型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2.5显示器选型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3 硬件设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

3.1 电源电路设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

3.2单片机控制电路设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

3.3显示部分电路设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

3.4系统超重报警指示电路设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

3.5系统按键输入电路设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

3.6系统总电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

4 软件设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4.1 主程序流程图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4.2系统显示部分流程图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

4.3系统按键调整部分流程图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

结论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

谢辞. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

I

参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

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上海海洋大学2013届毕业设计论文 基于单片机的高精度电子秤设计

基于单片机的高精度电子秤设计

摘要 称重技术自古以来就和人们的生活息息相关其被广泛应用于工业、农业、交通、科研、 内外贸易等各个领域因此也成为了人们生活中不可缺少的一部分。随着科学技术的发展与人类生产力的不断提高人们对计量准确度的要求也越来越高。 因此担任绝大多数称重任务的电子秤现在也受到越来越多的重视。称重技术的技术水平直接影响着现代化和专业水平以及社会经济效益的提高。近年来电子称重技术取得了突飞猛进的发展电子称重技术也发挥着越来越重要的作用其应用领域也在不断地扩大。特别是由于商业用电子称具有精度高反应灵敏结构简单等特点已经被广泛应用于工业和商业贸易轻工食品医药和卫生等各个方面。现如今电子称正在逐步取代目前较常使用的机械秤。这就促使电子秤的研究需要进一步的深入。

本系统的设计主要从硬件电路设计软件编程调试实物焊接调试三部分进行详细阐述。硬件电路主要是基于单片机AT89S52为核心的控制单元实现数据的处理采用压力传感器对数据进行采集电子秤专用24位AD转换芯片 HX711对传感器采集到的模拟量进行 AD转换转换后的数据送到单片机进行处理显示数据显示由LCD1602液晶实现。

关键词 电子称单片机称重传感器 HX71 1

High precision electronic scale designbased on MCU

Abstract  Since ancient times, the weighing technology is closely related withpeople's l ives It is widely used in various fields of industry, agriculture, transportation,scientific research, internal and external trade So it has also become an indispensable part ofpeople's l ives With the development of science and technology and the continuous improvement ofhuman productivity,measurement accuracy requirements are also increasing Therefore, the electronicscales which takes the vast majority of weighing tasks, has also got more and more attention Theaccuracy of weighing technology requirements are increasingly high, electronic products, technologylevel , directly influences the level of modernization and professions to improve the economicbenefits of the society In recent years, the electronic weighing technology achieved rapiddevelopment, electronic weighing in the metrology area also plays more and more important position,and its applications are constantly expanding Especially, because of its commercial electronic withhigh accuracy, senstive reaction, simple structure, etc, have been widely applied in industry andcommerce trade, l ight food, medicine and health, etc At present, mechanical scales are graduallyreplaced by electronic, this has led to the further study of electronic Electronic scales are oneof the electronic weighing instruments

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The design of this system gives it’s elaboration from 3 parts : Hardware circuit design, softwareprogram debugging and entity weld debugging

Hardware circuit reaches data processing by the control unit which based on AT89S52  andgathers data by weighting sensor , then makes AD transform by HX711 to the data gathered, and thetransformed data then transferred to AT89S52 for display processing, at last LCD1602 would show itout steadily without twinkling

Key words  electronic scales  MCU weighing sensor  HX711

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绪论

1 .1 称重技术和称重仪器的历史发展

称重技术自古以来就受到全世界各地区人们的重视。在古代由于没有完善的称重技术导致在商品贸易进行时没有统一的标准在各行各业的劳动生产过程中也达不到一个固定的精确度从而制约了生产力的发展。现在称重技术已经成为了一种计量手段被广泛应用于工业、农业、交通、科研等各个领域与我们的日常生活紧密相连。

电子秤是电子衡器中的一种衡器是国家法定计量器具是关系到国计民生、 国防建设、科学研究、 内外贸易等等领域所不可缺少的计量设备。通常衡器产品技术水平的高低将会直接影响到各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。

电子秤的发展过程经历了由简单到复杂由粗糙到精密、再由机械到机电结合、最后到全电子化、 由单一功能到多功能的过程。尤其是近30年以来工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作都已离不开电子秤。这是由于电子秤不仅能给出质量或重量的信号而且也能作为总系统中的一个检测和控制的单元从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。

近年来电子秤已愈来愈多地参与到数据处理和过程控制中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成部分。随着称重传感器各项性能的不断突破为电子秤的发展奠定了基础国外如美国、西欧等一些国家在2 0世纪6 0年代就出现了0 . 1%称量准确度的电子秤并在7 0年代中期约对75%的机械秤进行了机电结合式的电子化改造。

称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分推进了工业生产和管理过程中的自动化以及现代化。称重装置能够缩短作业的时间、能够改善操作的条件、还能够降低生产材料的消耗以及能产能源的浪费、提高产品质量的同时加强企业的经营管理。称重装置的应用已经非常普遍几乎涵盖了国民经济的各领域并且取得了显著的经济效益。

因此称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。在50年代中期电子技术被应用于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到现在的40多年里电子衡器有了很大的改变。最初我国的的电子衡器以机电结合型为主现如今已经被全电子型和数字智能型的衡器所取代。如今电子衡器制造技术及应用有了新的发展趋势。电子称重技术更注重动态称重而非静态称重计量方法也趋向于数字测量而非模拟测量测量特点也是向多参数测量发展取代单参数测量。快速称重和动态称重更是成为了研究与应用的重点。通过分析近年来电子衡器产

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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。

1 .2 电子秤的组成

1 .2.1电子秤的基本结构

电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量重量的测量仪器也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电了秤均由以下三部分组成

 1 承重、传力复位系统

它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统又称电子秤的秤体一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、 吊挂连接部件和限位减振机构等。

 2 称重传感器

即由非电量质量或重量转换成电量的转换元件它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。

按照称重传感器的结构型式不同可以分直接位移传感器电容式、 电感式、 电位计式、振弦式、空腔谐振器式等和应变传感器电阻应变式、卢表面谐振式或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。

对称重传感器的基本要求是输出电量与输入重量保持单值对应并有良好的线性关系有较高的灵敏度对被称物体的状态的影响要小能在较差的工作条件下工作有较好的频响特性稳定可靠。

(3)测量显示和数据输出的载荷测量装置

即处理称重传感器信号的电子线路包括放人器、模数转换、 电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等和指示部件如显示、打印、数据传输和存贮器件等 。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。

1 .2.2电子秤的工作原理

当被称物体放置在秤体的秤台上时其重量便通过秤体传递到称重传感器传感器随之产生力一电效应将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系一般成正比关系的电信号电压或电流等 。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模数( A/D)器进行转换数字信号再送到微处器的CPU处理 CPU不断扫描键盘和各功能开关根据键盘输入内容和各种功能开关的状

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态进行必要的判断、分析、 由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器需要显示时CPU发出指令从内存贮器中读出送到显示器显示或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。

1 .2.3电子秤的计量性能

电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有量程、分度值、分度数、准确度等级等。

(1)量程电子衡器的最大称量Max 即电子秤在正常工作情况下所能称量的最大值。

(2)分度值电子秤的测量范围被分成若干等份每份值即为分度值。用e或d来表示。

(3)分度数衡器的测量范围被分成若干等份总份数即为分度数用n表示。

电子衡器的最大称量Max可以用总分度数n与分度值d的乘积来表示即Max=n·d

(4)准确度等级国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成T、 II、 III 、Ⅳ四类等级分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的范围如表1-1所示

表1 .1不同准确度的电子秤和分度数

1 .3 本论文研究主要内容

1 .3.1基本内容

设计并制作一款基于单片机的电子秤重系统。

1 .3.2具体要求

本课题研究的内容是以单片机AT89S52为控制核心实现电子秤的基本策略及价格计算功能。本课题在电子称的基本功能基础上扩展了电子日历及时钟功能。该系统可以分为单片机最小系统、数据采集系统、人机交互界面系统、 电源系统、时钟五大部分组成。单片机最小系统部分主要包括AT89S52和经典复位电路数据采集部分由称重传感器、信号放大和A/D转换部分组成信号放大和A/D转换部分主要由专用型高精度24位AD转换芯片HX711实现人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示主要使用4*4矩阵键盘和1602液晶显示器可以方便的输入数据和直观的显示数据。

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本课题的主要设计任务如下所述

1 系统可实现电子称基本的称重功能称重范围为0  5Kg 重量误差不大于±0.005Kg  

2 系统应具备输入单价计算总价的功能

2 高精度电子秤系统方案设计

2.1 系统方案设计

按照本设计功能的要求系统由6个部分组成数据采集、调理电路、 电源、单片机、按键和显示器部分组成系统设计总体方案框图如2-1所示。

图1 .1系统总设计框图

调离电路负责前端信号选用放大、信号转换等措施来增加信号采集强度

键盘输入装置增加了外界对单片机内部的数据设定使电子称实现称重计价的功能

显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这样不仅能加强了人机交换的能力而且满足设计要求可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容当需要增加扩展功能时可以通过切换液晶显示界面的方式来实现。

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2.2 控制器选型

按照本毕业设计的要求将采用AT89S52单片机作为系统的主控制器。 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程亦适于常规编程器。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash 使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。

2.2.1 AT89S52管脚说明

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器具有 8K在系统可编程

图1 .1 AT89S52引脚图 DIP封装

F l a s h存储器。使用Atme l公司高密度非易失性存储器技术制造与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash允许程序存储器在系统可编程亦适于常规编程器。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程 Flash 使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能 8k字节Flash  256字节RAM 32位I/O 口线看门狗定时器 2个数据指针三个16位定时器 /计数器一个6向量2级中断结构全双工串行口片内晶振及时钟电路。另外 AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下CPU停止工作允许RAM、定时器/计数器、 串口、 中断继续工作。掉电保护方式下 RAM内容被保存振荡器被冻结单片机一切工作停止直到下一个中断或硬件复位为止。

P0 口 P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口 每位能驱动8个TTL逻辑电