基于單片機的智能微型稱重裝置設計

1、基于單片機的智能微型稱重裝置設計摘 要壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常要涉及到的一個重要參數(shù)，對壓力的研究在生產(chǎn)中和設備安全運作中十分重要，實現(xiàn)最基本的智能化檢測對生產(chǎn)具有極重要的意義。本文主要設計的是基于單片機原理的智能微型稱重裝置，替代了傳統(tǒng)的杠桿原理的桿秤，運用現(xiàn)代化科技與技術對壓力進行測量，采用專業(yè)的壓力傳感器來進行檢測，只要壓力發(fā)生變化，傳感器就會感應到壓力的變化，從而進行信號的轉變，再經(jīng)由HX711模數(shù)轉換器和集成運算放大電路對信號進行處理，再經(jīng)由控制中心STC89C51單片機進行系統(tǒng)處理，由LED數(shù)碼管顯示壓力系數(shù)，從而達到對重物進行測量的目的。最終將軟件下載到硬件上進行調試安裝顯示出數(shù)

2、據(jù)。關鍵詞：傳感器；HX711；STC89C51；LED數(shù)碼管AbstractPressure is one of the most important parameters in industrial production. It is very important to study the pressure in the safe operation of production and equipment.In this paper the design of intelligent micro weighing device for single chip microcomputer b

3、ased on the principle of replacing the traditional steelyard lever principle, the pressure measurement of the use of modern science and technology, mainly by pressure sensor quality information is measured, the sensor receives the fine micro pressure changes into electrical signal, and then through

4、the HX711A/D converter and the integrated operational amplifier circuit for signal processing, and then through the STC89C51 SCM system belongs to the control center, through the LED digital display pressure coefficient, so as to achieve the purpose of weight measurement. Finally, the software is do

5、wnloaded to the hardware to be debugged and installed.Keywords: sensors, HX711, STC89C51, LED digital tube目 錄TOC o 1-3 h z u 摘 要I第一章 緒論11.1 稱重裝置的發(fā)展及歷史11.2 電子秤的實用性11.3 電子秤的發(fā)展1第二章 主體設計2第三章 壓力檢測系統(tǒng)的硬件設計33.1 數(shù)據(jù)采集及稱重裝置33.2 稱重傳感器的轉換方式33.3 金屬應變片的要求43.4 電橋平衡43.5 非線性誤差及溫度補償63.6 信號放大電路7第四章 硬件分析84.1 HX711系統(tǒng)84.2

6、 單片機94.2.1 STC89C52單片機簡介94.2.2 主要特性114.3 系統(tǒng)顯示器選擇114.3.1 方案一 數(shù)碼管顯示114.3.2 方案二 LCD字符液晶顯示124.4 實物焊接13第五章 總結13參考文獻15附錄A16附錄B程序16致謝26第一章 緒論1.1 稱重裝置的發(fā)展及歷史稱重作為一種計量方式，已經(jīng)有幾千年的歷史，稱重器具作為人們日常生產(chǎn)生活的一件必不可少的生活必需品，主要應用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、科學研究研發(fā)、生產(chǎn)生活等領域。稱重裝置作為衡量儀器，同樣的也在工業(yè)和商業(yè)中運用十分重要。它最大的優(yōu)點就是工作效率得到大大的提升。能夠控制材料損耗的程度，而且產(chǎn)品質量也會得到提升

7、。稱重裝置與生活密不可分，對于生活作用巨大。自秦始皇統(tǒng)一度量衡開始，使得度量器具有了一個一個標準，傳統(tǒng)的稱量基本采用的是簡單的杠桿原理。但是當今世界科技飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的稱重設備以及不足以滿足人們日常生活需要，上個世紀五十年代，制造業(yè)由于電子技術的發(fā)展得到了較快的發(fā)展。在過去的幾年里，出現(xiàn)了機械和電氣設備的組合，在過去的50年里得到了發(fā)展和完善，電子器具從最初的簡單機械到現(xiàn)如今的數(shù)字化，電子化的轉變，電子秤的發(fā)明，很大程度改變了人們的工作方式與生活需求，滿足了國內與國際市場的需要。傳統(tǒng)的稱重器具結構相對簡單，但是有的地方一些不法商販總會錯改器具，使得缺乏一個正確合理的度量標準，給人們日常生產(chǎn)生活

8、交易帶來一個不公平的體驗，欺騙消費者和買賣雙方。1.2 電子秤的實用性為了適合現(xiàn)如今社會發(fā)展和人們日常生產(chǎn)要求，電子秤根據(jù)人們需求在不同的使用場合也有相對應的型號和規(guī)模。人們在日常生活中只需要量程相對較小的，而在工業(yè)生產(chǎn)勞作中就需要量程比較大的，而他的規(guī)模也比較龐大。但是不論其規(guī)模大小程度，其操作簡便，使得用戶在使用過程中不需耗費很大的工作強度，工作簡單，只需要鍵盤的顯示器實現(xiàn)人與機器之間的操控的顯示就可以完成對一個物體的測量。這些全歸功于自動化和科技的發(fā)展。1.3 電子秤的發(fā)展電子秤已經(jīng)有原來的笨重逐漸向小型化、模塊化、智能化轉換極大地簡化了稱重裝置的主體結構，降低了產(chǎn)品設計成本，并且提高了

9、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實用的可靠性能，并且在發(fā)展過程中不斷向其他科學領域滲透，通過各種技術去接觸稱重計量，自動控制和產(chǎn)品信息的獲得。并不斷的實現(xiàn)智能化，解放人的大腦和雙手使得生產(chǎn)生活更加簡便快捷，以來滿足現(xiàn)如今的快節(jié)奏生活生產(chǎn)需要。第二章 主體設計根據(jù)設計要求，本設計主要基于單片機控制，實現(xiàn)稱重裝置的基本控制功能，其它傳感器，A/D轉換器，鍵盤輸入輸出和顯示元件等無明確要求，但是最終設計需要符合測量精度高，體積小巧，方便計算計價的要求。整個系統(tǒng)由4個部分組成的,如下所示：壓力采集模塊、AD轉換模塊、單片機控制模塊、顯示模塊。如圖1所示。數(shù)據(jù)采集也就是采集壓力信號，指使用稱重傳感器獲得所稱設備信息的重量

10、，并將壓力的變化轉化為電信號的變化，因為這個變化有可能非常的微弱，所以，先利用HX711數(shù)模轉換將模擬量轉化為數(shù)字量，在進行128倍放大，然后送入微控制器，單片機進行計算與轉換，并將結果顯示出來。圖2-1 系統(tǒng)結構框圖第三章 壓力檢測系統(tǒng)的硬件設計3.1 數(shù)據(jù)采集及稱重裝置傳感器的本質其實就是進行信號轉換，是力信號轉電信號，其中最主要的元件有2個部分，一是敏感元件，二是轉換元件，其中敏感元件是通過感受力的變化，從而使得應變片發(fā)生形變，然后將其轉換成電阻組織轉型，然后由轉換電路按照相應比例的電阻轉換為相應電流或電壓的電信號，完成信號之間的轉換。3.2 稱重傳感器的轉換方式電子秤采用電阻應變式稱重

11、傳感器作為物體質量信號-電信號的轉換器。在市場上，已經(jīng)廣泛的在使用電阻應變傳感器的，而且其技術也是發(fā)展最成熟的，使用電阻應變儀變形，導致電阻變化，電阻應變儀的工作原理附著在被測物體的表面，根據(jù)應變計的工作原理，導體受到外部變形，電阻值變化，在物理學中我們知道電阻計算公式為：R =L/ S，其中：L的含義就是物體長度，S的含義是物體的橫截面積，比例系數(shù)稱之為物體的電阻系數(shù)或是電阻率。由上式可知當電阻絲兩端當存在機械應力F時，、L、S都會發(fā)生相應的改變從而電阻隨之改變。當外力F慢慢的變大的時候，L，S，R，相反，當F慢慢的變小的時候，L，S，R。電阻應變片的構成主要有4個部分，分別如下：（1）敏感

12、柵（2）覆蓋層（3）基層（4）引線在這個4個部分當中，敏感柵是最重要的。它是和絕緣基片進行粘一起，如圖 3-1所示 。圖 3-1電阻應變片的結構3.3 金屬應變片的要求1.靈敏度系數(shù)大，且在相當大的范圍內保持在一個恒定值。2.值大，在物體長度，橫截面積相同時有較大的阻值3.電阻溫度系數(shù)小，避免溫度變化影響阻值。4.和銅線一起焊接的時候性能要好，跟其余金屬接觸時候，要保證其電勢要小。5.機械強度高，具有良好的機械加工性能。3.4 電橋平衡電阻應變計是把機械應變信號變?yōu)镽/ R。因為應變量非常的小，而且其對應的電阻變化也很小，因此難以進行準確地測量。所以必須要采用用轉換電路，因為轉換電路能夠將應變

13、儀R/ R變化的電壓和電流。其轉換電路通常為平衡差動圖3-2為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E：如果把一個無窮大的電阻放在電橋輸出端，這時候我們可以把輸出端當做開路，這時候直流電橋不能夠輸出電流，只有電壓輸出，所以樣的情況我們就把它稱作為電壓橋。= （3.1）當滿足前提R1R3=R2R4時，即（3.2）=0，即電橋平衡。式（3.2）稱平衡條件。使電橋平衡應在用應變片測量電橋在測量前，使得應變片感受的應變所引發(fā)的電阻改變來影響測量的電橋輸出電壓。若差動工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（3.1），則電橋輸出為(3.3)3.5 非線性誤差及溫度補償應變計參數(shù)

14、之間的線性關系非常小，當R#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include intrins.h/數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 56789uchar code smg_du=0x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0,0x60,0x25,0x39,0x26,0x31,0x71,0xff;uchar code smg_we=0xef,0xdf,0xbf,0x7f;uchar dis_smg8 = 0x28,0x28,0x28,0x28;uchar smg_i = 4

15、; /顯示數(shù)碼管的個位數(shù)sbit beep = P23; /蜂鳴器IO口定義bit flag_lj_en;/按鍵連加使能bit flag_lj_3_en;uchar key_time,key_value;bit key_500ms ;bit flag_300ms ;uchar menu_1; /菜單設計的變量uint t_high = 300;/上限報警值sbit hx711_dout=P27;sbit hx711_sck=P26;long weight;unsigned long HX711_Buffer = 0;unsigned long Weight_Maopi = 0;uint tem

16、p,qi_weight;bit chaozhong_flag;bit leiji_flag;uchar flag_200ms ;#define GapValue 437.0uint temp,qi_weight;bit chaozhong_flag;bit leiji_flag;/*1ms延時函數(shù)*/void delay_1ms(uint q)uint i,j;for(i=0;i= smg_i)i = 0;P1 = 0xff;/消隱P3 = smg_wei;/位選P1 = dis_smgi;/段選/*定時器0初始化程序*/void time_init()EA = 1;/開總中斷TMOD = 0

17、X01;/定時器0、定時器1工作方式1ET0 = 1;/開定時器0中斷TR0 = 1;/允許定時器0定時/*獨立按鍵程序*/uchar key_can;/按鍵值void key()/獨立按鍵程序static uchar key_new;key_can = 20; /按鍵值還原P2 |= 0x07;if(P2 & 0x07) != 0x07)/按鍵按下if(key_500ms = 1)/連加key_500ms = 0;key_new = 1;delay_1ms(1);/按鍵消抖動if(P2 & 0x07) != 0x07) & (key_new = 1)/確認是按鍵按下key_new = 0;s

18、witch(P2 & 0x07)case 0x06: key_can = 3; break;case 0x05: key_can = 2; break;case 0x03: key_can = 1; break;flag_lj_en = 1;/連加使能elseif(key_new = 0)key_new = 1;flag_lj_en = 0;/關閉連加使能flag_lj_3_en = 0;/關閉3秒后使能key_value = 0;/清零key_time = 0;key_500ms = 0;/*按鍵處理數(shù)碼管顯示函數(shù)*/void key_with()if(key_can = 1)/設置鍵menu_1 +;if(menu_1 = 2)menu_1 = 0;smg_i = 4;/數(shù)碼管顯示3位flag_300ms = 1;if(menu_1 = 1)/設置高溫報警smg_i = 4;/數(shù)碼管顯示4位if(key_can = 2)if(flag_lj_3_en = 0)t_high += 10 ;elset_high += 100;if(t_high 9990)t_high = 9990;if(key_can = 3)if(flag_lj_3_en = 0)t_hi