簡易電子秤論文

1、智能電子秤設(shè)計論文題目：智能電子秤設(shè)計作者：石永勝指 導 教 師： 裴勇生論文提交日期：2016 年 12月1 日目錄 摘要：3第一章.方案選擇與論證41.1主控制器的論證與選擇41.2顯示模塊的論證與選擇A/D轉(zhuǎn)換模塊的論證與選擇41.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊的論證與選擇5第二章.硬件電路設(shè)計72.1單片機最小系統(tǒng)電路72.2A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計72.3 4X4矩陣鍵盤電路的設(shè)計7 2.4 12864顯示電路的設(shè)計7第三章理論分析與計算63.1全橋應變電路分析與計算63.2 放大電路6第四章.軟件設(shè)計84.1系統(tǒng)主程序的設(shè)計84

2、.2A/D轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計84.3 4X4矩陣按鍵子程序的設(shè)計84.4 12864液晶顯示模塊子程序的設(shè)計8第五章.系統(tǒng)測試9參考文獻：10致謝：113摘要：本裝置以STC89C52單片機為核心控制器，包含了主控制模塊、A/DHX711轉(zhuǎn)換與信號放大模塊、4X4矩陣鍵盤模塊、12864液晶顯示模塊、電阻應變式傳感器、報警模塊等。運用4X4矩陣鍵盤進行累加乘積計算，當物體超過稱重范圍時系統(tǒng)自動進行報警。本裝置利用電阻應變式傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號，經(jīng)過放大電路將電信號送到A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，精確度高。主控制器接收來自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字

3、信號，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為物體的實際重量從而顯示在12864液晶顯示屏上。電子秤稱重范圍5.00g-500g；重量誤差小于50g，稱重誤差小于0.5g；重量在50g及以上，稱重誤差小于1g。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機、4X4矩陣鍵盤、電阻應變式傳感器、HX711轉(zhuǎn)換模塊、12864液晶顯示第一章.方案選擇與論證方案一：本方案設(shè)計的電子秤，可以實現(xiàn)稱物計價功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時只能顯示單價、購物總額以及簡單的代碼等。在顯示重量時，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中，比較麻煩。該結(jié)構(gòu)圖見附錄圖1-2方案二：本方案前端信號

4、處理時，選用信號放大、A/D轉(zhuǎn)換等措施，尤其是在顯示方面采用12864液晶顯示屏。這種方案不僅加強了人機交換能力，而且滿足設(shè)計要求，可以顯示所稱重物體信息相關(guān)內(nèi)容。該結(jié)構(gòu)圖見附錄圖1-1綜上所述，方案二更符合電子秤的設(shè)計要求。1.1主控制器的論證與選擇方案一：采用STC公司生產(chǎn)STC89C52單片機，STC89C52單片機是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器。具有三個16位計數(shù)器。方案二：采用ATMEL 公司的AT89C51，AT89C51是帶4K字節(jié)FLASH存儲器。帶2K字節(jié)閃存可編程可擦出只讀存儲器的單片機，具有兩個16位計數(shù)器。綜上述所知，我

5、們小組選擇方案一，STC89C52讀寫方便。 1.2 顯示模塊的論證與選擇方案一: 全部采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管能顯示被測物體的重量等信息。此方案顯示直觀，而且編程簡單，但若要同時顯示單價，金額等諸多信息則需要大量的數(shù)碼管。由此增加了電路的復雜程度，也加大了編程的難度。方案二：采用12864液晶顯示屏顯示，12864顯示屏可以設(shè)置單價、金額、總價字符等。它具有低功效、可視面大、畫面清晰及抗干擾能力強等功能，其顯示技術(shù)已得到廣泛應用。綜上所述，我們采用方案二，12864顯示屏更符合題目的要求。1.3A/D轉(zhuǎn)換模塊的論證與選擇 方案一：HX711是一款專為高精度電子秤而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。

6、與同類型其他芯片，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其他同類型所需要的外圍電路，具有繼承度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。方案二：MAX187串行12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以在單5V電源下工作，接受0-5V的模擬輸入。MAX187為逐次逼近式ADC,快速采樣/保持（1.5us）,片內(nèi)時鐘，高速3線串行接口。綜上述所知，我們小組選擇方案一，HX711不用外加放大處理電路，芯片本身自帶增益可調(diào)放大，這樣還可以簡化很多硬件電路。、第二章.硬件電路設(shè)計2.1單片機最小系統(tǒng)電路 單片機最小系統(tǒng)電路包括晶振電路、復位時鐘電路。詳見附錄圖2-12.2A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 HX711與單片機的接口應為3條數(shù)

7、據(jù)線，分別是DVDD、PD_SCK、DOUT, 但由于DVDD端與DOUT端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DVDD和DOUT 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。原理圖詳見附錄圖2-22.3 4X4矩陣鍵盤電路的設(shè)計矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個交叉點上，設(shè)置一個按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個數(shù)是4×4個。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O口的利用率。原理圖詳見附錄圖2-32.4 12864液晶顯示電路的設(shè)計12864液晶顯示屏屬于點陣圖形液晶顯示模塊，不但能顯示字符，還能顯

8、示漢字和圖形。12864液晶顯示屏內(nèi)都會自帶背光限流電阻，背光管腳可以直接連接DC5V電源使用。12864液晶顯示屏對比度調(diào)節(jié)的電位器取值10K-20K歐姆。原理圖詳見附錄圖2-4。第三章 理論分析與計算3.1全橋應變電路分析與計算 Ein為供橋電源電壓，當初始有R1R2=R3R4時，則電橋輸出電壓或電流為零，這時電橋處于平衡狀態(tài)。其測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。當彈性體受力變形時，應變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。由于內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出： 公式2-1 

9、;本文的目的是設(shè)計一智能電子秤，最大稱重約為500g，重量誤差不大于1g；考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計的難易程度和設(shè)計性價比，最終選擇了HL-8型電阻應變式稱重傳感器，其稱重規(guī)模為1kg。3.2放大電路根據(jù)要求,A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓變化范圍是0V4.999V，傳感器的輸出電壓信號在010mv，因此取放大器的放大倍數(shù)500。因此代入公式,。第四章.軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)主程序的設(shè)計主程序主要完成編程芯片的初始化及按需要調(diào)用各子程序，上電啟動后，系統(tǒng)初始化，調(diào)用置零子程序單片機讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，然后調(diào)用顯示子程序顯示重量，同時掃描鍵盤子程序，調(diào)用計算子程序計算價格并顯示出來。設(shè)計流程圖詳見附

10、件圖4-14.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換啟動及數(shù)據(jù)讀取子程序設(shè)計主要是上電運行后，HX711完成初始化，把經(jīng)放大的電阻應變式傳感器傳遞過來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞到單片機所涉及到的程序。設(shè)計流程圖詳見附錄圖4-24.3 4X4矩陣按鍵子程序的設(shè)計4x4矩陣鍵盤是運用得最多的鍵盤形式，初使化時先讓P1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，即讓P1口輸出0xF0。掃描鍵盤的時候，讀P1口，看P1是否還為0xF0,如果仍為0xF0，則表示沒有按鍵按下；如果不0xF0,等待10ms左右，再讀P1口，再次確認是否為0xF0，這是為了防止是抖動干擾造成錯誤識別，如果不是那就說明是真的有按

11、鍵按下了，就可以讀鍵碼來識別到底是哪一個鍵按下了。按鍵流程圖見附錄圖4-3。4.4 12864液晶顯示模塊子程序的設(shè)計顯示子程序是字符顯示，首先初始化，輸出一些基本信息，然后調(diào)用事先編好的鍵盤顯示子程序，輸出顯示命令，顯示過程中還需要調(diào)用延時子程序。當輸入通道采集了一個信號，或人為的鍵入一個值，或系統(tǒng)與儀表出現(xiàn)異常情況顯示管理軟件應及時調(diào)用顯示驅(qū)動程序模塊，用來更新當前數(shù)據(jù)顯示符號。詳見附錄圖4-4第五章.系統(tǒng)測試（1）通過對大量測試結(jié)果進行分析得到的物體實際重量與電子秤稱重結(jié)果的絕對誤差的測試結(jié)果見附錄表5-1。通過大量測試結(jié)果可以得出：重量小于50g，稱重誤差小于0.5g；重量在50g及以

12、上，稱重誤差小于1g。  （2）通過對大量測試結(jié)果進行分析得到電子秤最小測量和最大測量范圍以及在不同溫度下稱重的測試結(jié)果詳見附錄表5-2。通過大量測試結(jié)果可以得出：電子秤稱重范圍5.00g500g致謝本裝置設(shè)計使用STC89C52單片機作為信息處理核心，實現(xiàn)了智能電子秤裝置。在設(shè)計中，我們使用了HX711芯片、12864液晶顯示模塊、電阻應變式傳感器等。通過測試，裝置完成了題目要求。對自身能力來說也是一種質(zhì)的提高，也充分體現(xiàn)了團隊合作的重要性。在以后的學習和生活中我們還需繼續(xù)努力，不斷學習，不斷改善自己，以創(chuàng)造更好的成績。經(jīng)過不斷的改進程序和電路，一點點的攻克難關(guān)，最終很好

13、的完成了設(shè)計，在比賽過程中，首先要感謝指導老師對我們的幫助和指導，也要感謝我們的隊員，有了他們，我們才能更好的完成設(shè)計。參考文獻：1陳志強,胡輝,單片機應用系統(tǒng)設(shè)計實踐指南J,2003 2王君,凌振寶,傳感器原理及檢測技術(shù)M,吉林大學出版社,2001 3呂俊芳,傳感器接口與檢測儀器電路M,北京航空航天大學出版社,1998 4萬隆,巴奉麗,單片機原理及應用技術(shù)M,清華大學出版社,2003 5徐惠民,安德寧,單片微型計算機原理接口與應用M,北京郵電大學出版社,1996 6黃繼昌,徐巧魚,傳感器原理及應用實例M,人民郵電出版社,20027陽鴻鈞,電子

14、秤與電子天平技術(shù)問答J,中國電力出版社,2009 8孟立凡,藍金輝,傳感器原理與應用M,電子工業(yè)出版社,2007  9王保保,傳感器簡明手冊及應用電路M,西安電子科技大學出版社,2007 10趙曉安,MCS-51單片機原理及應用M,天津大學出版社,2001 11楊欣,51單片機應用實例詳解M,清華大學出版社,201012肖洪兵,跟我學用單片機M,北京航空航天大學出版社,2002 13Abraham.IP.Switching Power Supply DesignJ.2nd Edn.McGraw-

15、Hill.New York,1998 14Amit Patel,Btech.A capacitance pressure sensor using a phase-locked loopD.Journal of Rchabilitation Researchand Development Vol.26  附錄主主控制器器電源電路數(shù)碼管顯示復位電路時鐘電路4X4矩陣按鍵模塊稱重傳感器模塊蜂鳴器A/D轉(zhuǎn)換模塊 圖1-1 方案一結(jié)構(gòu)

16、圖主主控制器器12864液晶顯示電源電路復位電路時鐘電路蜂鳴器稱重傳感器模塊4X4矩陣按鍵模塊 A/D轉(zhuǎn)換模塊 圖1-2方案二結(jié)構(gòu)圖 圖2-1晶振電路、復位時鐘電路圖2-2 A/D轉(zhuǎn)換電路圖2-3 4X4矩陣按鍵電路 圖2-4 12864液晶顯示電路 開始 初始化調(diào)用置零子程序調(diào)用AD采集 子程序調(diào)用12864液晶顯示子程序調(diào)用掃描按鍵子程序調(diào)用計算子程序 結(jié)束圖4-1 系統(tǒng)總體流程圖開始 HX711初始化 啟動A/D轉(zhuǎn)換 否A/D轉(zhuǎn)換完成 數(shù)據(jù)存儲是 數(shù)據(jù)顯示返回圖 4-2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 開始掃描按鍵是否按鍵按下？ 否推測縱列是 推測橫列結(jié)束圖4-3 按鍵流程圖 開始圖4-4 顯示流程圖

17、 返回顯示總價定位總價顯示坐標求： 總價=重量x單價顯示單價定位單價顯示坐標顯示重量定位重量顯示坐標 秤重結(jié)果 物體實際重量（g）物體測量重量（g）誤差（g）0.00.00.01.01.10.11.01.001.00.90.11.01.30.31010.10.1109.70.3101001010.50.55050.30.35050.50.55049.80.25050.20.2100991100100.50.5100100.70.71001000200200.90.92002011200199.60.4200200.50.5300300.50.53003011 表5-1 、溫度對稱重結(jié)果的變化物體實際重量（g）溫度（）物體測量重量（g）誤差（g）025