南昌大学
毕业设计(论文) 题目名称：智能电子称设计
年级： 08级层次：■本科□专科
学生学号: ZD0803223 指导教师：哈哈哈
学生姓名：天使技术职称：副教授学生专业：应用电子技术所在系：电子工程系
南昌大学
2010年制
毕业设计（论文）指导书
题目名称：智能电子称设计
专业名称：应用电子技术
学生层次：专科
指导教师：哈哈哈哈
技术职称：副教授
毕业设计（论文）内容：
1.1 设计目的考查学生对单片机知识的掌握程度，训练和加强学生综合应用所学课程的知识，完成单片机应用系统的设计和开发，掌握单片机应用系统的硬件电路设计调试、程序的设计调试和软硬件统调的方法。
1.2 设计任务和主要技术指标
1.2.1 要求测量范围为：10g～10kg,超出范围给出相应的提示。1.2.2 用数码管或者液晶显示屏显示被测物体的重量。
1.2.3 在实际应用时，要求能够设定单价，并且根据测出的重量计算
总价显示出来。
1.2.4 测量精度：相对误差≦1%
1.3 参考书
《单片机原理与接口技术》毕万新主编
《单片机实用系统设计技术》房小翠主编
《单片机原理及接口技术》李全利主编
《单片机课程设计实例指导》李光飞主编
《MCS-51单片机应用开发实用子程序》边春远、王志强主编
毕业设计（论文）要求：
2.1 整体方案比较与论证根据设计要求给出2种控制方案，并进行比较和论证，确定最佳方案并进行设计。
2.2 要求有整体设计框图，相关设计参数的计算，电路原理图和程序清单。
2.3 为了便于设计，列出I/O口和内存分配情况。
2.4 进行软件调试和硬件测试。
2.5 对软件和硬件调试中出现的问题进行分析，并提出进一步提高测量精度的方案。
毕业设计（论文）时间安排：
3.1 2010年9月10日开题。
3.2 2010年11月10日前交一稿至指导老师，WORD 电子版格式和纸质版格式各1份，其它要求详见《毕业设计管理手册》。
3.3 2010年11月30日前指导老师提出修改意见，并将毕业设计一稿返还学生进行修改。
3.4 2010年12月10日前交二稿至指导老师，2010年12月20日前指导老师提出二次修改意见，并将毕业设计二稿返还学生进行修改。
3.5 2010年12月25日前交三稿至指导老师，2010年12月29日前指导老师给出学生毕业设计成绩，公布参加毕业设计答辩学生名单。
3.6 2011年1月4日至2011年1月5日进行毕业设计答辩。
毕业设计（论文）答辩及要求：
4.1 简述毕业设计工作过程（3分钟以内）。
4.2 介绍毕业设计的内容，提出需要完善的方面（10分钟以内）。
4.3 回答老师提问（7分钟以内）。
毕业设计领导小组负责人：（签字）
年月日
专业毕业设计（论文）评分标准
毕业设计(论文)过程评分表(40％)
评分教师：评分时间：年月日
毕业设计(论文)评阅成绩表(30％)
评分教师：评分时间：年月日
毕业设计(论文)答辩成绩表(30％)
评分教师：评分时间：年月日
智能电子称设计
摘要
本设计系统以单片机AT89S52为控制核心，实现电子称的基本功能，在设计系统时，为了更好的采用模块设计法，分布设计了各个单元功能模块。
系统的硬件部分包括最小系统部分、数据采集部分、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括AT89S52和扩展的外部数据存储器；数据采集部分由称重传感器、信号的前期处理和A/D 转换部分组成，包括运算放大器A/D620和A/D转换器ICL7135；人机界面部分为键盘输入四位LED数码显示器，LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。
系统的软件部分单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能，该电子称可以实现基本的称重功能（称重范围为0~9.999kg，重量误差不大于±0.005kg），并发挥部分的显示购物清单功能，可以设计日期和设定十种商品的单价，还具有超量程和欠量程的报警功能。
本系统设计结构简单、使用方便、功能齐全、精度高，具有一定开发价值。
关键词：单片机；数据采集器；A/D转换器；人机界面
INTELLIGENT ELECRONIC DESIGN
ABSTRACT
The design of the system with the monolithic integrated circuit AT89S52 as the core to realize the basic electronic control functions.In the design of the system ,in order to better the modularized design method,the unit step functions module design.
The system includes hardware,data acquisition system minimum,man —machine interface and the system of power.The minimum system parts including AT89S52 and the expansion of external data storage,data collected by weighing transduceer,signal processing and the A/D conversion parts,including the amplifier AD620 and A/D converter ICL7135,for the man—machine interface partial keyboard input,four LED digital display,can show the specific weight and figure of input data,use convenient,In IM317,LM337 and power system as the core circuit design to provide normal work of the system.
The application of SCM system software part C language program ,the design of all control function.It can realise the basic electronic weighing function(weighting the rage of 0—9.999kg,weight error is not more than ±0.005kg),and play a part of the show shopping list of function,can set the data and set the price of goods,and ten has super rage and less rage alarm function.
The system design is simple in structure easy to use,complete function,high pricision has certain value.
Key words:mirocontroller ;data collection ;A/Dcomverter ;human—machine interface
目录
第一章绪论 ............错误！未定义书签。2
1.1 电子秤概述.............................. 错误！未定义书签。3
1.2 选题背景与意义.......................... 错误！未定义书签。4
1.3 电子衡器的发展动态 (15)
1.4 本文结构 (16)
第二章系统方案设计 (17)
2.1 电子秤的组成结构 (17)
2.1.1 电子秤的基本结构 (17)
2.1.2 电子秤的工作原理 (18)
2.2 电子秤设计的要求及基本思路 (18)
2.2.1 电子秤设计的要求 (18)
2.2.2 电子秤设计的基本思路 (19)
2.3 单片机的选型 (19)
2.4 数据采集模块 (20)
2.4.1 传感器 (20)
2.4.2 前级放大器 (23)
2.5 人机交互界面模块 (27)
2.5.1 键盘输入 (27)
2.5.2 输出显示 (28)
第三章电子秤硬件的设计与制作 (28)
3.1 AT89S52的主控电路 (28)
3.1.1 AT89S52芯片 (28)
3.1.2 主控电路的设计 (31)
3.2 电子秤的信号处理流程 (31)
3.2.1 称重数据处理 (31)
3.2.2 信号处理电路 (35)
3.3 人机交互界面模块设计 (38)
3.3.1 键盘输入控制电路 (38)
3.3.2 LCD显示电路 (42)
3.4 报警电路的设计 (45)
第四章电子秤的软件设计 (46)
4.1 软件流程图及程序设计 (46)
4.1.1 初始化程序设计流程图 (46)
4.1.2 主程序设计流程图 (47)
4.2 主程序设计及其相关程序设计 (47)
4.2.1 主程序设计 (47)
4.2.2 信号采样与A/D转换子程序的设计 (54)
4.2.3 键盘/显示子程序设计 (56)
第五章总结与展望 (60)
5.1 设计总结与感想 (60)
5.2 本设计存在的不足及工作展望 (60)
致谢 (61)
附录A：原理图 (62)
附录B：元器件清单 (63)
第一章绪论
1.1 电子称概述
称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用与工农业、科研、交通内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子称是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国际民生、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。
我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在全电子型和数字电子型。我国电子和气的技术装备和检测试验手段基本达到国际水平，电子衡器制造技术和应用得到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量想多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。
电子称属于电子衡器的一种，它的发展也遵循这一趋势。随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机的现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测量仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远距离、功能、精度及自动化水平等方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
作为重量测量仪器，自能电子称在各行各业开始显现其测量准确、测量速度快、易于实现测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。
接下来让大家了解更多关于智能电子称的相关知识。
1.2 选题背景与意义
随着第二次世界大战后的经济繁荣，为了把称重技术引入生产工艺过程中去，对称中技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术不断渗入衡器制造业。在1960年开发出了与衡器相连的专门称重值打印机。当时的带电子装置的衡器其称量工作是机械式的但与称量有关的显示、记录、远程式控制器等功能是电子方式的。
电子称的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂、与粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。近年来电子称已越来越多的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主城部分。随着称重传感器各项性能的不断突破为电子称的发展奠定了基础，国外，如美国、西欧等一些国家20世纪60年代就出现了0.1%称量准确度的电子称，并在70年代中期约对75%的机械称进行了机电结合式的电子化改造。
随着生活水平的提高，商品的种类和样式越来越多，我们出门买东西无论是在超市还是在市场都经常会用到电子称，电子称在我们的日常生活中已经成为必不可少的生活工具，因此有针对性的开发出一套有实用价值的电子称系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善电子
称系统在应用中的不足之处，具有现实意义。
1.3电子衡器的发展动态
电衡器产品量大面广、种类繁多，从通用的各种规格的电子称到大型的电子称重系统，从单纯的称重、计价到生产过程检测系统的一个测量控制单元，其应用领域在不断地扩大。根据近年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子横其中的发展动向为：小型化、模块化、智能化、集成化；其技术性能趋向于速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其应用性趋向于综合性、组合性。
小型化：体积小、高度低、重量轻，即小薄轻。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材料。
模块化：电子衡器的承载器采用模块式一体组合或分体组合，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和可靠性还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。
集成化：对与某些品种和结构的电子衡器，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用范围不断扩大，它已渗透到一些学科和工业自动控制。对某些商业电子计价称而言，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。这就要求电子计价称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：在商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；硬件可以依据不定的程序进行修改和扩展；输入输出数据与指令可以使用不同的语言，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信。
1.4 本文结构
全文共分为六章，各章的主要内容如下：
第一张简单介绍了电子称及其概念、特点与相关背景等。
第二章电子称原理的阐述以及描述了系统方案的设计思路与流程。
第三章对系统硬件设计进行了描述，给出了单片机的控制方案。
第四章讲述了系统软件流程。
第五章讲本次设计的总结及感想。
第六章本文相关的参考文献。
第二章系统方案设计
2.1 电子称的组成结构
2.1.1 电子称的基本结构
电子称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子称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，又称电子称的称的称体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、称桥结构、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形式不同，可以分为直接位移传感器（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、声表面谐振式）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（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补偿元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存储器件等）。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、滤波、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。
2.1.2 电子称的工作原理
当被称物体放置在称体的称台上时，其重量便通过称体传递到称重传感器，传感器随之产生力—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）。此信号有放大电路进行放大、经滤波后再由模数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处理器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析，由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存储器，需要显示时，CPU发出指令，从内存储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。
2.2 电子称设计的要求及基本思路
2.2.1 电子称设计的要求
1）称重范围：不超过9.999kg
2）测量精度：≤0.005kg
3）显示方式：LED显示所称量的物品重量，同时还可显示物品
的名称、数量、单价、金额和所有物品的总金额。
4）使用操作：键盘输入数据，操作简单方便。
5）特殊功能：具有去皮功能以及能将金额累加计算；当物品重量超过电子称量程，即过载情况或者是物品质量小于A/D转换器所能转换的最小精度，即欠量程的时候，具有超重报警功能。
2.2.2 电子称设计的基本思路
将电子称大致划分为三大部分即数据采集模块、控制器模块和人机交互界面模块。其中数据采集模块与压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。此外添加了一个过载、欠量报警提示的特殊功能。
2.3 单片机的选型
AT89S52单片机是AT89S系列中的争强型高档机产品，它的片内存储器容量是AT89S51的一倍，即片内8KB的Flash程序存储器和256B的RAM。另外，它还增加了一个功能极强的、具有独特应用的16位定时/计数器2等功能。在工程应用中AT89S52有一显著的优势：不需要烧写器，只借助PC机的并口输出和极为简单的下载电路，便可将程序通过串行方式写入单片机。并且下载电路可设计在系统中，
可以随时修改单片机的软件而不对硬件做任何改动。
由此，通过对目前主流型号的比较，我们最终选择了AT89S52通用的普通单片机来实现系统设计。AT89S52是一种兼容MCS51微控制器，工作电压为4.0V—5.5V，全静态时钟0Hz到33MHz，三级程序加密，32个可编程I/O口，2/3个16位定时/计数器，6/8个中断源，全双工串行通信口，低功耗支持Idle和Power-down模式，Power-down 模式支持中断唤醒，看门狗定时器，双数据指针，上电复位标志，另外在扩展了32K数据存储器，以满足系统要求。
2.4 数据采集模块
2.4.1 传感器
传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。此外传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其它所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
称重传感器在电子称中占有十分重要的位置，被誉为电子称的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子称的精确度和稳定性。通常称重传感器产生的误差约占电子称整机误差的50%—70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更
大，因此，在人们设计电子称时正确的选用称重传感器非常重要。
称重传感器的种类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种：电阻应变式、电容式压磁式、压电式、谐振式等。（本设计采用的是电阻应变式）
电阻应变式称重传感器包括两个主要部分，一个是弹性敏感元件：利用它将被测的重量转换为弹性体的应变值；另一个电阻应变计：它作为传感元件将弹性体的应变同步的转换为电阻值的变化。电阻应变片所感受的机械应变量一般为10-6—10-2，随之而产生的电阻变化率也大约在10-6—10-2数量级之间。这样小的电阻变化用一般测量电阻的仪表很电路难测出，必须采用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转换为电压或电流的变化，才能用二次仪表显示出来。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。电阻应变式称重传感器工作原理框图如图2—1所示
当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生形变，阻值不变，电桥平衡，输出电压为0；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发剩变化，电桥失去平衡，有输出电压