單片機電子秤設計開題報告

單片機電子秤設計開題報告太原理工大學信息工程學院

本科畢業(yè)設計（論文）開題報告

畢業(yè)設計(論文)題目多功能電子計價秤的設計

學生姓名專業(yè)班級

自動化

導師姓名報告日期

20xx年3月

0704

指導教師意見

簽字年月日

專業(yè)(教研室)主任意見

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系主任

意見

年月日

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1.國內外研究現(xiàn)狀及課題意義

1.1研究現(xiàn)狀

20世紀前期，我國的衡器制造業(yè)主要以杠桿原理的機械式為主，20世紀后期，我國的衡器不斷的發(fā)展，由過去的全機械式進入機電結合式，在幾十年的發(fā)展和完善中，發(fā)展到現(xiàn)在的全電子型和數(shù)字智能型。我國電子衡器的技術裝備和檢測試驗手段基本達到國際90年代中期的水平。電子衡器制造技術及應用得到了新發(fā)展。電子稱重技術從靜態(tài)稱重向動態(tài)稱重發(fā)展：計量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點已從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對快速稱重和動態(tài)稱重的研究與應用。但就總體而言，我國電子衡器產品的數(shù)量和質量與工業(yè)發(fā)達國家相比還有較大差距，其主要差距是技術與工藝不夠先進、工藝裝備與測試儀表老化、開發(fā)能力不足、產品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等。

眾所周知，傳統(tǒng)的量具是桿秤或盤秤，20世紀70年代開始出現(xiàn)了電子稱。早期的電子秤多通過模擬電路實現(xiàn)，隨著電子技術的不斷發(fā)展．數(shù)字芯片的價格逐漸下降，模擬控制已逐步被數(shù)字控制所替代，電子秤的設計模式也大都以微處理器為核心，使精度和可靠性都有了明顯提高。因為小型商用電子秤運算不太復雜，所以用8位微處理器足可滿足要求。

電子稱重系統(tǒng)必須將多只傳感器的輸出進行和算，才能得到完整準確的稱重結果。從20世紀70年代的模擬串聯(lián)和算到80年代的模擬并聯(lián)和算，和算技術的發(fā)展大幅度降低了電子秤的成本，提高了可靠性和穩(wěn)定性。但是，模擬并聯(lián)和算也存在不足：如對傳感器的一致性要求較高、無法對單個傳感器進行檢測、電子秤四角偏差調試復雜等。目前，解決上述問題的最好方法是采用數(shù)字和算或數(shù)模混合和算。由于信號放大器成本的不斷下降以及A/D轉換器性能的大幅度提高，數(shù)字和算無論在技術上還是在經濟上都進入了實用階段。

電子秤向提高精度和降低成本方向發(fā)展的趨勢引起了對低成本、高性能模擬信號處理器件需求的增加。目前大多數(shù)電子秤是以1:3,000或1:10,000的分辨率輸出最終的稱重值的，這樣的系統(tǒng)一般使用12bit至14bit的模數(shù)轉換器就很容易滿足要求。然而，高精密檢測的電子秤如果要達到這種分辨率，那么ADC的精度需要接近于20bit。

1.2課題意義

電子秤是科學研究、工業(yè)生產和人民生活必需的計量器具，設計智能化、高精

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度的電子秤具有較高的現(xiàn)實意義。

電子秤的發(fā)展過程與其它事物一樣，也經歷了由簡單到復雜、由粗糙到精密、由機械到機電結合再到全電子化、由單一功能到多功能的過程。近年來，電子秤已愈來愈多地參與到數(shù)據(jù)處理和過程控制中。現(xiàn)代稱重技術和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經成為工藝技術、儲運技術、預包裝技術、收貨業(yè)務及商業(yè)銷售領域中不可缺少的組成部分。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了其礎，國外如美國、西歐等一些國家在20世紀60年代就出現(xiàn)了0.1%稱量準確度的電子秤，并在70年代中期約對75%的機械秤進行了機電結合式的電子化改造。

電子秤是日常生活中常用的電子衡器，廣泛應用于超市、大中型商場、物流配送中心。電子秤在結構和原理上取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式稱量工具。相比傳統(tǒng)的機械式稱量工具，電子秤具有稱量精度高、裝機體積小、應用范圍廣、易于操作使用等優(yōu)點，在外形布局、工作原理、結構和材料上都是全新的計量衡器。電子秤的設計首先是通過壓力傳感器采集到被測物體的重量并將其轉換成電壓信號。輸出電壓信號通常很小，需要通過前端信號處理電路進行準確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經A/D轉換電路轉換成數(shù)字量被送入到主控電路的單片機中，再經過單片機控制譯碼顯示器，從而顯示出被測物體的重量。

目前市場上使用的稱量工具，或者是結構復雜，或者運行不可靠，且成本高，精度穩(wěn)定性不好，調正時間長，易損件多，維修困難，裝機容量大，能源消耗大，生產成本高。而且目前市場上電子秤產品的整體水平不高，部分小型企業(yè)產品質量差且技術力量薄弱，設備不全，缺乏產品的開發(fā)能力，產品質量在低水平徘徊。因此，有針對性地開發(fā)出一套有實用價值的電子秤系統(tǒng)，從技術上克服上述諸多缺點，改善電子秤系統(tǒng)在應用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。

1.3發(fā)展狀況

通過分析近年來電子衡器產品的發(fā)展情況及國內外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化；其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應用性能趨向于綜合性和組合性。

小型化：新研制的電子秤充分體現(xiàn)了體積小、高度低、重量輕，即小薄輕的發(fā)展方向。為使電子衡器的承載器達到小、薄、輕，開始采用重量輕且剛度大的空心波紋銅板和方形閉合截面的薄壁型材。

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模塊化：對于大型的承載結構，電子衡器的承載器采用模塊式一體組合或分體組合，而產生新的品種和規(guī)格。這種模塊化組合不但提高了產品的通用性、互換性和可靠性，而且也大大提高了生產效率，降低了成本。

智能化：與電子計算機組合或開發(fā)稱重用計算機，利用計算機的智能來增加稱重顯示控制的功能，使其在原有功能的基礎上增加推理、判斷、自診斷、自適應、自組織等功能。這就是當今市場上采用微機化稱重顯示控制器的電子秤與采用智能化稱重顯示控制器的電子秤的根本區(qū)別。

集成化：對于某些品種和結構的電子衡器，可以實現(xiàn)承載器與稱重傳感器一體化或承載器、稱重傳感器與稱重顯示控制器一體化。

綜合性：電子稱重技術和電子衡器產品的應用范圍不斷擴大，它已滲透到一些學科和工業(yè)自動控制領域。對某些商用電子計價秤而言，只具備稱重、計價、顯示、打印功能還遠遠不夠，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動化緊密結合，使稱重、計價、進庫、銷售管理一體化，實現(xiàn)管理自動化。這就要求電子計價秤能與電子計算機聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)組成一個完整的綜合控制系統(tǒng)。

組合性：在工業(yè)生產過程或工藝流程中，不少稱重系統(tǒng)還應具有可組合性，即：測量范圍可以任意設定；硬件能夠依據(jù)不定的程序進行修改和擴展；輸入輸出數(shù)據(jù)與指令可使用不同的語言，并能與外部的控制和數(shù)據(jù)處理設備進行通信。

在稱重傳感器方面,國外電子秤產品的品種和結構又有創(chuàng)新,技術功能和應用范圍不斷擴大,成果舉例如下:美國Revere公司研制出PUS型具有大氣壓力補償功能的拉壓兩用的稱重傳感器,用于高準確度檢驗平臺,稱重平臺,準確度可達5000d；德國HBM公司研制成功C2A、C16A兩種不同結構的1-100t具有耐壓外殼保護的防爆稱重傳感器,其防爆性能符合歐洲EN50014和EN50018d級標準；美國斯凱梅公司研制出新一代高準確度不銹鋼F6Ox系列5-5000kg稱重傳感器,準確度6000d。用于濕度大,腐蝕性強的環(huán)境中,而且防水。

2.主要研究內容

多功能電子計價秤設計的主要工作內容包括：熟悉單片機及接口的設計方法；了解稱重傳感器的原理及應用并選型；設計稱重傳感器輸入電路；設計顯示、鍵盤、打印、通訊電路；設計程序流程；編寫C語言程序；軟件調試、仿真以及寫出畢業(yè)設計說明書。

本設計系統(tǒng)以單片機為核心設計電子秤，要求能夠用鍵盤設計單價，稱重后能同時

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顯示重量、單價和總額，具有去皮功能和總額累加功能，可以預存多種商品單價并隨意調出使用，以及測量并顯示溫度的功能。

根據(jù)設計內容的要求，本設計采用51單片機為控制核心，實現(xiàn)電子秤的基本控制功能。其他的傳感器和A/D轉換器件、鍵盤輸入及顯示部件沒有嚴格的限制，使設計性達到高價比是目的之一，因此就縮小了選材選型的范圍。最終使設計符合精度高、體積小、便于計價等特點。

設計大體分為三個部分，第一，如何正確的選擇硬件，這是設計的主體；第二，正確的設計C程序，把所需的控制功能通過單片機的運行而表示出來，這是設計的核心；最后，正確的連接線路，才能實現(xiàn)單片機的有效的運行，保證系統(tǒng)的正確性，是設計的交通樞紐。

3.擬采用的研究思路（方法、技術路線、可行性論證等）

本次設計是基于單片機的電子秤設計，可大致分為：數(shù)據(jù)采集部分、信號放大部分、模數(shù)轉換部分、單片機控制部分、人機接口部分。

信號采集：利用稱重傳感器獲取重量信息；信號放大：將采集到的信息進行放大；模數(shù)轉換：利用A/D轉換器把輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號送入單片機進行處理；單片機控制：中央控制部分，接受外部送入的信息，通過運算和處理，進行相應的控制；人機接口：人機聯(lián)系部分有鍵盤、顯示器等。

關于稱重傳感器，選用電阻應變式傳感器。電阻應變式傳感器是一種利用電阻應變效應，將各種力學量轉換為電信號的結構型傳感器。電阻應變片是電阻應變式傳感器的

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核心元件，其工作原理是基于材料的電阻應變效應。由于電阻應變式傳感器應用和測量范圍廣，應變片可制成各種機械量傳感器，而且分辨力和靈敏度高，精度較高，結構輕小，對試件影響小，對復雜環(huán)境適應性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應好。因此選用電阻應變式傳感器。其測重范圍和精度完全可以符合要求。

針對顯示部分，有以下兩種參考方案：其一是數(shù)碼管顯示，其二是LCD顯示。由于液晶顯示器的主要材料是液態(tài)晶體。它在特定的溫度范圍內，既具有液體的流動性，又具有晶體的某些光學特性，其透明度和顏色隨電場、磁場、光照度等外界條件變化而變化。因此，用液晶做成顯示器件，就可以把上訴外界條件的變化反映出來從而形成現(xiàn)實的效果。對于數(shù)碼管顯示，此種方案顯示直觀，編程簡單，但由于設計需要同時顯示單價、重量、金額等諸多信息，這就需要大量的數(shù)碼管。由此增加了電路的復雜程度，也增加了成本，故擬放棄此方案。

鍵盤輸入是人機交互界面中重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。操作者通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息。因此鍵盤模塊設計的好壞，直接關系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。鍵盤是由若干個按鍵開關組成，鍵的多少根據(jù)單片機應用系統(tǒng)的用途而定。鍵盤由許多鍵組成，每一個鍵相當于一個機械開關觸點，當按下鍵時，觸點閉合，當松開時，觸點斷開。單片機接收到按鍵的觸點信號后作相應的功能處理。因此，相對于單片機系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號。鍵盤設計方有兩種選擇：矩陣式鍵盤；專用芯片式鍵盤。在輸入模塊中，只有硬件是遠遠不夠的，還缺少一個系統(tǒng)的‘大腦’，將外界接受的信息進行統(tǒng)一處理，這就需要軟件的配合，即程序。通過程序將輸入的信息處理轉化為系統(tǒng)需要的信息，如：根據(jù)手動輸入的單價算出總價格。

模數(shù)轉換模塊，把傳感器所測的模擬信號轉化為數(shù)字信號，從而使單片機對數(shù)字信號的進行有效處理。用到的器件就是A/D轉換器，然而在轉換之前，還需對微弱的電信號進行放大、濾波等，故需選擇儀表放大器。在A/D轉換中，考慮到轉換速率、抗干擾等方面，擬采用高精度高增益24位A/D芯片HX711，與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。降低了電子秤的整體成本，提高了整體性能和可靠性。

另外，關于擴展模塊（溫度模塊）的設計有以下思路：采用DS18B20溫度傳感器。DS18B20測溫范圍是-55℃—125℃，固有測溫分辨率為0.5℃，滿足設計要求。

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4.設計工作安排及進度

畢業(yè)設計計劃整體設計時間為十五周，時間分配如下：

5.參考文獻

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太原