单片机电子秤设计报告(DOC58页)40页
- 格式:doc
- 大小:57.00 KB
- 文档页数:41
单片机电子秤设计报告秤是一种在实际工作和生活中经常见到的测量器具。
随着计量技术和电子技术的发展, 传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰, 电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。
和传统秤相比较, 电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现, 具有精度高、功能强等特点。
本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。
该电子秤的测量范围为0-10Kg, 测量精度达到5g, 有高精度, 低成本, 易携带的特点。
电子秤采用液晶显示汉字和测量记过, 比传统秤具有更高的准确性和直观性。
另外, 该电子秤电路简单, 使用寿命长, 应用范围广, 能够应用于商场、超市、家庭等场所, 成为人们日常生活中不可少的必须品。
一、功能描述1、采用高精度电阻应变式压力传感器, 测量量程0-10kg, 测量精度可达5g。
2、采用电子秤专用模拟/数字( A/D) 转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换, HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术, 是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。
3、采用STC89C52单片机作为主控芯片, 实现称重、计算价格等主控功能。
4、采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。
5、采用4*4矩阵键盘进行人机交互, 键盘容量大, 操作便捷。
6、具有超量程报警功能, 能够经过蜂鸣器和LED灯报警。
7、系统经过USB电源供电, 单片机程序也可经过USB线串行下载。
二、硬件设计1、硬件方案单片机电子秤硬件方案如图1所示:图1 单片机电子秤硬件方案称重传感器感应被测重力, 输出微弱的毫伏级电压信号。
该电压信号经过电子秤专用模拟/数字( A/D) 转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。
HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术, 是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片, 内置增益控制, 精度高, 性能稳定。
基于单片机的实用电子秤设计一、硬件设计1、传感器选择电子秤的核心部件之一是称重传感器。
常见的称重传感器有电阻应变式、电容式等。
在本设计中,我们选用电阻应变式传感器,其原理是当物体的重量作用在传感器上时,传感器内部的电阻应变片会发生形变,从而导致电阻值的变化。
通过测量电阻值的变化,就可以计算出物体的重量。
2、信号放大与调理传感器输出的信号通常比较微弱,需要经过放大和调理才能被单片机处理。
我们使用高精度的仪表放大器对传感器输出的信号进行放大,并通过滤波电路去除噪声干扰,以提高测量的准确性。
3、单片机选型单片机是整个电子秤系统的控制核心。
考虑到性能、成本和开发难度等因素,我们选用 STM32 系列单片机。
STM32 系列单片机具有丰富的外设资源、较高的运算速度和良好的稳定性,能够满足电子秤的设计需求。
4、显示模块为了直观地显示测量结果,我们选用液晶显示屏(LCD)作为显示模块。
LCD 显示屏具有功耗低、显示清晰、视角广等优点。
通过单片机的控制,可以在 LCD 显示屏上实时显示物体的重量、单位等信息。
5、按键模块为了实现电子秤的功能设置,如单位切换、去皮、清零等,我们设计了按键模块。
按键模块通过与单片机的连接,将用户的操作指令传递给单片机进行处理。
6、电源模块电源模块为整个电子秤系统提供稳定的电源。
我们使用线性稳压器将输入的电源电压转换为适合各个模块工作的电压,以确保系统的正常运行。
二、软件算法1、重量计算算法根据传感器的特性和放大调理电路的参数,我们可以建立重量与传感器输出信号之间的数学模型。
通过对传感器输出信号的采集和处理,利用数学模型计算出物体的实际重量。
2、滤波算法为了消除测量过程中的噪声干扰,提高测量的稳定性和准确性,我们采用数字滤波算法对采集到的信号进行处理。
常见的数字滤波算法有中值滤波、均值滤波等。
在本设计中,我们选用中值滤波算法,其原理是对连续采集的若干个数据进行排序,取中间值作为滤波后的结果。
简易电子计量秤摘要本设计给出了以MSP430混合信号单片机为核心的低功耗电子秤的设计方案.整个系统包括电阻应变片电桥模块,差模信号放大模块,A/D转换模块,段式LCD显示模块.应变片电桥将所称物体的重量转换为电压量,仪表运放和高精度运放分别完成电桥电压的双端到单端转换和后级放大,A/D转换器将放大后的电压信号转换为数字量传送给MSP430单片机,经软件控制计算后送LCD 显示。
关键词:电子秤应变片仪表运放 MSP430 低功耗.一、系统设计1.1任务要求根据下面框图设计一简易的电子计量秤通过单片机的最小系统和软件控制,并通过显示器显示出来。
基本要求:1、称重范围:最小称量:10g 最大称量:5Kg感量(单位):Kg 解析量:10g2、测量相对误差:≤±1%3、使用750mA(3.6V)的锂电池供电,持续工作时间大于一年;且具有自动待机功能;4、4位数码显示不能使用集成一体化压力传感器;5、成本控制在100元人民币以下;发挥部分:1尽量延长工作时间(大于一年);2、提高测量精度(≤±5%);3、采用交直流两种设计, 交流优先。
1.2 方案论证与设计方案设计1.2.1称重传感器方案方案一:采用分立式电阻应变片重物使电阻应变片产生弹性形变从而改变其阻值,通过阻值的变化即可得到重量的变化.分立式应变片的优点是价格较低廉,选择范围灵活.但是现有条件下难以得到能和应变片阻抗相匹配的桥臂电阻,并且温度系数也无法匹配,而且安装十分复杂.方案二:采用集成称重传感器称重传感器实际上也是用分立应变片制成,但是厂商已经将其配成平衡电桥,作为使用者就免去了粘贴,安装,和电桥平衡的调整等极其复杂的过程.对于以上两种方案,考虑到方案一在现有条件下可实现性很低,故采用第二种方案,即集成称重传感器.1.2.2 电阻变换方案方案一:采用恒流源应变片的电阻变化并不能直接测量,必须转化为电压等可测量的量,此方案采用恒流源驱动应变片,由于电流恒定,因此电阻的变化将直接导致电阻上的压降的变化.缺点是恒流源的显著的温度漂移,成本高.方案二:采用不平衡电桥由图可知,电桥简单的将电阻的变化转化为电压的变化.并且通过匹配桥臂电阻,可以使温度漂移相互抵销.综合考虑两种方案,第二种方案更加简洁精确,容易制作成本低廉,故采用电桥变换方案.1.2.3 信号放大方案方案一:由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器差动放大器具有高输入阻抗,增益高的特点,可以利用普通运放(如OP07)做成一个差动放大器。
五邑大学信息工程学院课程设计报告课程名称:电子系统设计技术专业:______ 通信工程_______ 班级:AP10057班学号:_________ 11 _________ 姓名:___________ 李绍杰指导教师:周开利设计时间:2013年1月2日评定成绩: _____________________设计课题题目:电子秤一、设计任务与要求1. 本次的课程设计任务是设计一个电子秤,首先我们来了解一下电子秤的基本的背景和设计意义。
电子秤在很早以前就开始被被人们广泛运用。
它是一个现代化的称重仪器,结合了计算机技术,信息处理,数字技术等等的很多的高科技技术。
电子秤,属于衡器的一种,是利用胡克定律或力的杠杆平衡原理测定物体质量的工具。
电子秤主要由承重系统(如秤盘、秤体)、传力转换系统(如杠杆传力系统、传感器)和示值系统(如刻度盘、电子显示仪表)3部分组成。
按结构原理可分为机械秤、电子秤、机电结合秤三大类。
[电子秤拥有许多过去的简单的机械化的称重技术所没有的优点。
例如,第一方面:电子秤的重量轻,体积小,容易携带,并且容易维修;第二方面:因为电子秤是运用了以单片机为中心控制单元,通过称重传感器进行模数转换单元,再通过配合键盘、显示电路及强大软件来组成,所以电子秤的准确率高,并且很快速,能够让人们很直观地看到称重的结果,这样更加深受人们的喜欢。
第三方面:电子秤不仅仅只是客观的物体,它通过了压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。
然后通过前端信号处理电路进行准确的线性放大最后把放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中,再经过单片机控制译码显示器,从而显示出被测物体的重量。
这是一个很高端,很人性化的发展,能够实现人机的信息转换。
第四方面:电子秤不再像过去的机械称重器那样功能局限,如今的电子秤更是能够广泛应用在商业,工农业,科技,交通等等很多方面。
并且对人们日常生活的影响越来越大。
基于单片机的电子秤设计一、【设计题目】基于单片机的电子秤设计二、【设计要求】设计要求如下:(1)设计一款电子秤,用LCD液晶显示器显示被称物体的质量(2)可以设定该秤所称的上限(3)当物体超重时,能自动报警。
三、【设计过程】1.【方案设计】微控制器技术、传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用,电子产品的更新速度达到了日新月异的地步。
本系统在设计过程中,除了能实现系统的基本功能外,还增加了打印和通讯功能,可以实现和其他机器或设备(包括上位PC机和数据存储设备)交换数据.除此之外,系统的微控制器部分选择了兼容性比较好的AT89系列单片机,在系统更新换代的时候,只需要增加很少的硬件电路,甚至仅仅删改系统控制程序就能够实现。
另外由于实际应用当中,称可以有一定量的过载,但不能超出要求的范围,为此本设计提供了过载提示和声光报警功能。
综上所述,本课题的主要设计方案是:利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号,经过电压放大电路放大,然后再经过模数转换器转换为数字信号,最后把数字信号送入单片机。
单片机经过相应的处理后,得出当前所称物品的重量及总额,然后再显示出来。
此外,还可通过键盘设定所称物品的价格。
主要技术指标为:称量范围0~5kg;分度值0.01kg;精度等级Ⅲ级;电源DC1.5V(一节5号电池供电)。
其设计框图如图3.1所示。
这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便,集质量称量功能与价格计算功能于一体,能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。
图3.1 系统设计框图2.【器件选择】2.1单片机选择本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计,可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起,组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。
考虑到本设计中程序部分比较大,根据总体方案设计的分析,设计这样一个简单的的系统,可以选用带EPROM 的单片机,由于应用程序不大,应用程序直接存储在片内,不用在外部扩展存储器,这样电路也可简化。
基于单片机的电子秤单片机电子秤设计报告秤是一种在实际工作和生活中经常用到的测量器具。
随着计量技术和电子技术的发展,传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰,电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。
和传统秤相比较,电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现,具有精度高、功能强等特点。
本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。
该电子秤的测量范围为0-10Kg,测量精度达到5g,有高精度,低成本,易携带的特点。
电子秤采用液晶显示汉字和测量记过,比传统秤具有更高的准确性和直观性。
另外,该电子秤电路简单,使用寿命长,应用范围广,可以应用于商场、超市、家庭等场所,成为人们日常生活中不可少的必需品。
一、功能描述1、采用高精度电阻应变式压力传感器,测量量程0-10kg,测量精度可达5g。
2、采用电子秤专用模拟/数字(A/D)转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换,HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。
3、采用STC89C52单片机作为主控芯片,实现称重、计算价格等主控功能。
4、采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。
5、采用4*4矩阵键盘进行人机交互,键盘容量大,操作便捷。
6、具有超量程报警功能,可以通过蜂鸣器和LED灯报警。
7、系统通过USB电源供电,单片机程序也可通过USB线串行下载。
二、硬件设计1、硬件方案单片机电子秤硬件方案如图1所示:图1 单片机电子秤硬件方案称重传感器感应被测重力,输出微弱的毫伏级电压信号。
该电压信号经过电子秤专用模拟/数字(A/D)转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。
HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片,内置增益控制,精度高,性能稳定。
1.1引言在我们生活中经常都需要测量物体的重量,于是就用到秤,但是随着社会的进步、科学的发展,我们对其要求操作方便、易于识别。
随着计量技术和电子技术的发展,传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰,电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。
电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。
通过分析近年来电子衡器产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选题背景和意义称重技术自古以来就被人们所重视,作为一种计量手段,广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域,与人民的生活紧密相连。
电子秤是电子衡器中的一种,衡器是国家法定计量器具,是国计民生、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。
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,推进了工业生产的自动化和管理的现代化,它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。
称重装置的应用已遍及到国民经济各领域,取得了显著的经济效益。
电子秤是称重技术中的一种新型仪表,广泛应用于各种场合。
电子秤与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点,可在各种环境工作,重量信号可远传,易于实现重量显示数字化,易于与计算机联网,实现生产过程自动化,提高劳动生产率。
例如标签秤在超市中的应用已经是耳闻目睹的了。
一张小小的标签包含着:品名、价格、重量等,一一列表在这小小的电子标签上。
基于单片机的便携式电子秤设计便携式电子秤在现代生活中广泛应用,它的小巧方便以及准确计量的功能使其成为我们日常生活中必备的工具之一。
本文将基于单片机设计一个便携式电子秤,旨在提供一个解决方案来满足用户的需求,并确保设计能够准确计量。
一、设计方案概述本设计方案将基于单片机来实现便携式电子秤的功能。
其主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计方面,我们将使用压力传感器来测量被称物体的重量,将采样数据通过单片机进行处理和显示。
此外,为了提升用户体验,我们还将配备LCD屏幕,用于直观地显示称量结果。
软件设计方面,我们将利用单片机的计算能力,通过编程来实现对采样数据的处理和显示。
同时,为了提高准确性,我们还将采用校正算法来对传感器进行校准,以确保测量结果的精确性。
二、硬件设计1. 压力传感器为了测量被称物体的重量,我们将选择一种合适的压力传感器。
常用的压力传感器包括压阻式传感器和压电式传感器。
我们需要根据实际需求选择合适的传感器类型,并根据传感器的参数来确定电路连接方式。
2. 单片机选择在设计便携式电子秤时,我们需要选择一款合适的单片机作为控制核心。
主要考虑因素包括计算能力、IO口数量和功耗等。
常用的单片机型号有PIC、STC等,我们需要根据设计需求来选择合适的型号。
3. 其他外围元件为了完善电子秤的功能和用户体验,我们还需要添加一些外围元件,如LCD屏幕、按键、蜂鸣器等。
这些元件可以通过单片机的GPIO口进行控制,来实现显示结果、按键输入和提示音等功能。
三、软件设计1. 采样和处理通过压力传感器获取物体的重量数据后,需要通过单片机进行采样和处理。
我们可以采用定时中断的方式来进行数据采样,然后通过一定的算法对采样数据进行处理,最终得到一个准确的重量值。
2. 显示结果为了让用户直观地了解称量结果,我们需要将计算得到的重量值显示在LCD屏幕上。
通过控制单片机的GPIO口,将处理后的结果传输到LCD屏幕上,用户可以清晰地看到当前重量值。
单片机电子秤实验报告引言:本实验旨在通过单片机的应用,设计并实现一个基于单片机的电子秤。
通过该电子秤可以准确测量物体的重量,并在显示屏上实时显示重量信息。
该电子秤具有高精度、快速响应、稳定可靠等特点,在工业生产以及家庭使用中具有广泛的应用前景。
一、实验目的通过本次实验,我们的目的是:1.了解单片机的基本工作原理和应用;2.掌握电子秤的工作原理和设计方法;3.搭建一个实际可用的单片机电子秤原型。
二、实验原理电子秤的工作原理是利用应变传感器将物体的重量转换成电信号,并经过放大、滤波等处理后,通过单片机进行数据采集和处理,最终将重量数据显示在液晶显示屏上。
三、实验器材和仪器本次实验我们所使用的器材和仪器有:1. 一个单片机开发板;2. 一个称重传感器;3. 一个液晶显示屏;4. 杜邦线、电阻等其他所需元件。
四、实验步骤1. 搭建硬件电路。
根据电子秤的原理图,将单片机开发板、称重传感器和液晶显示屏进行连接。
2. 编写单片机程序。
根据实验要求,编写单片机的程序代码,包括采集传感器数据、数据处理和显示等功能。
3. 烧录程序。
将编写好的程序烧录到单片机开发板上。
4. 调试测试。
将一个已知重量的物体放在电子秤上,观察液晶显示屏上的重量数据是否与实际重量相符。
5. 优化调整。
根据测试结果,对电子秤的灵敏度、响应速度等参数进行调整,以提高电子秤的测量精度和稳定性。
五、实验结果经过实验,我们成功实现了一个基于单片机的电子秤。
该电子秤具有高精度、稳定可靠的特点,可以准确测量物体的重量,并将重量数据实时显示在液晶显示屏上。
六、实验总结通过本次实验,我们对单片机的应用有了进一步的了解,掌握了电子秤的工作原理和设计方法。
同时,我们也学会了如何搭建一个实际可用的单片机电子秤原型,并进行相应的调试和测试。
通过不断的优化调整,我们提高了电子秤的测量精度和稳定性。
这次实验不仅增加了我们对单片机的实践经验,也提高了我们的动手能力和问题解决能力。
基于单片机的智能电子秤设计随着人们对健康、饮食和运动的重视越来越深,计算体重的电子秤已成为现代家庭必备的健康产品之一。
电子秤的设计早已从早期的机械式缓慢演变为现代的数字化电子秤,随着科学技术的不断进步,电子秤的功能也得到了比较大的提升。
本文将介绍一种基于单片机的智能电子秤设计,使得电子秤具有更加智能化的功能。
一、设计原理单片机是一种高度集成、可编程的微型计算机,它具有多种接口和控制功能,非常适合用于小型计算机系统的控制和通讯处理。
本文采用ATmega8单片机,最大工作频率为16MHz,它是一种低功耗、高性能的单片机。
智能电子秤的基本原理是在称重传感器所测得的重量数据的基础上,使用单片机将其数据收集、处理,并输出显示。
本文的电子秤设计基于16 位高精度AD采集芯片HX711,采用负压力式力传感器作为测量重量的传感器,能够精确测量物体的重量。
由于电子秤测量出的重量数据单位是数字,因此只有通过单片机实现数据的处理,才能使得电子秤具有更加智能化的功能。
二、设计方法(一)硬件设计1、称重传感器负压力式力传感器是一种灵敏度更高、稳定性更好的传感器,比其它传感器更适合于电子秤的设计。
我们使用HX711芯片进行AD采集,能够提供24位的数据输出,可以极大地提高精度和稳定性。
2、按键开关电子秤需要设置一个方便顾客使用的开关,按下即可开启或关闭电子秤。
我们采用截止开关电阻,即编写程序时在输入中识别此开关,实现开启关闭功能。
3、数码管数码管用于显示测得的重量数据,包括整数部分和小数部分。
本文采用共阴极的 4 位7 段数码管,尺寸为0.56英寸,它需要多路并联才能通过ATmega8单片机输出控制信号。
4、外设根据需要,我们可以为电子秤添加一些外设,比如LCD显示屏,蜂鸣器等。
(二)软件设计基于单片机的智能电子秤设计必须编写针对ATmega8单片机的程序。
我们采用keil C语言编写程序。
编写程序时需要注意以下几个方面:1、定义AD采样量和检测量我们需要正确设置AD采样量和检测量的量程参数,以确保重量数据的可靠性和准确性。
基于单片机的电子秤单片机电子秤设计报告秤是一种在实际工作和生活中经常用到的测量器具。
随着计量技术和电子技术的发展,传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰,电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。
和传统秤相比较,电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现,具有精度高、功能强等特点。
本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。
该电子秤的测量范围为0-10Kg,测量精度达到5g,有高精度,低成本,易携带的特点。
电子秤采用液晶显示汉字和测量记过,比传统秤具有更高的准确性和直观性。
另外,该电子秤电路简单,使用寿命长,应用范围广,可以应用于商场、超市、家庭等场所,成为人们日常生活中不可少的必需品。
一、功能描述1、采用高精度电阻应变式压力传感器,测量量程0-10kg,测量精度可达5g。
2、采用电子秤专用模拟/数字(A/D)转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换,HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。
3、采用STC89C52单片机作为主控芯片,实现称重、计算价格等主控功能。
4、采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。
5、采用4*4矩阵键盘进行人机交互,键盘容量大,操作便捷。
6、具有超量程报警功能,可以通过蜂鸣器和LED灯报警。
7、系统通过USB电源供电,单片机程序也可通过USB线串行下载。
二、硬件设计1、硬件方案单片机电子秤硬件方案如图1所示:图1 单片机电子秤硬件方案称重传感器感应被测重力,输出微弱的毫伏级电压信号。
该电压信号经过电子秤专用模拟/数字(A/D)转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。
HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片,内置增益控制,精度高,性能稳定。
HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信。
单片机读取被测数据,进行计算转换,再液晶屏上显示出来。
矩阵键盘主要用于计算金额。
当被测物体重量得到后,用户可以通过矩阵键盘输入单价,电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。
电源系统给单片机、HX711电路及传感器供电。
2、称重传感器传感器是测量机构最重要的部件。
称重传感器本身具有单调性,其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。
(1) 灵敏度称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值,典型值是2mV/V。
当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时,其满度输出电压为10 mV。
通常,为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围,应当仅使用满度范围的三分之二。
因此满度输出电压应当大约为6mV。
当电子秤应用于工业环境时,在6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。
(2) 总误差总误差是指输出误差和额定误差的比值。
典型电子秤的总误差指标大约是0.02%,这一技术指标相当重要,它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度,决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。
(3) 漂移称重传感器也产生与时间相关的漂移。
目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。
选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑,其主要特点如下:(1) 电容式压力传感器稳定性较差,精度和灵敏度较高,寿命较短,对环境要求苛刻,不易长距离传输。
(2) 压电式压力传感器稳定性好,精度和灵敏度高,寿命长,但大量程的压力传感器尚待进一步研究。
(3) 电阻应变式压力传感器稳定性较好,精度和灵敏度较高,寿命较长,对测量环境要求不太严格。
综上所述,选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。
电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,内部线路采用惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,电阻应变片(转换元件)受到拉伸或压缩应变片变形后,它的阻值将发生变化(增大或减小),从而使电桥失去平衡,产生相应的差动信号,供后续电路测量和处理。
电阻应变式传感器测量原理如图2所示。
图2 电阻应变式传感器测量原理当垂直正压力P作用于梁上时,梁产生形变,电阻应变片R1、R3受压弯拉伸,阻值增加;R2、R4受压缩,阻值减小。
电桥失去平衡,产生不平衡电压,不平衡电压与作用在传感器上的载菏P成正比,从而将非电量转化成电量输出。
R1、R2、R3和R4组成惠更斯电桥,将2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压,其工作原理如图3所示。
图3 测量电桥原理3、电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。
与同类型其它芯片相比,该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
降低了电子秤的整机成本,提高了整机的性能和可靠性。
该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单,所有控制信号由管脚驱动,无需对芯片内部的寄存器编程。
输入选择开关可任意选取通道A 或通道B,与其内部的低噪声可编程放大器相连。
通道A 的可编程增益为128 或64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。
通道B 则为固定的32 增益,用于系统参数检测。
芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D 转换器提供电源,系统板上无需另外的模拟电源。
芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。
上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
HX711内部方框图如图4所示。
其外部管脚如图5所示。
图4 HX711内部方框图图5 HX711外部管脚图图5为HX711芯片应用于计价秤的一个参考电路图。
该方案使用内部时钟振荡器(XI=0),10Hz的输出数据速率(RATE=0)。
电源(2.7~5.5V)直接取用与MCU 芯片相同的供电电源。
通道A与传感器相连,通道B通过片外分压电阻与电池相连,用于检测电池电压。
图6 HX711计价秤应用参考电路图本课题设计的HX711电路如图7所示:图7 HX711电路4、单片机STC89C52及其电路(1) STC89C52 单片机概述STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍,内部集成MAX810专用复位电路。
(2) STC89C52 单片机特点l 增强型 8051 CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统8051;l 工作电压: 5.5V - 3.5V(5V单片机);l 工作频率范围:0~40MHz,相当于普通8051的 0~80MHz;l 用户应用程序空间 4K//8K/16k/32K/64K字节;l 片上集成1280字节 RAM;l 通用I/O口(32/36个),复位后为准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口);l ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器/仿真器。
l 每个I/O口驱动能力均可达到20mA,但整个芯片最大不要超过120mA;l 可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片;l 有EEPROM功能;l 看门狗;l 内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体12M以下时,复位脚可直接1K电阻到地);l 时钟源:外部高精度晶体/时钟,内部R/C振荡器;l 用户在下载用户程序时,可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟;l 常温下内部R/C 振荡器频率为:5.0V 单片机为:11MHz ~ 17MHz;l 共4个16位定时器,两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1,没有定时器2,但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器;l 外部中断I/O口4路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块,Power Down模式可由外部中断唤醒;l 通用全双工异步串行口(UART) ;l 工作温度范围:-40 ~ +85℃(工业级) / 0 ~ 75℃(商业级) ;l 封装:PDIP-40, PLCC-44。
(3) STC89C52 单片机管脚及封装STC89C52单片机有多种封装形式,本设计中选用40DIP封装,其管脚定义如图8所示。
图8 STC89C52 管脚图本课题设计的电子秤的单片机应用电路如图9所示:图9 STC89C52单片机电路图中DOUT和PDSCK为单片机与HX711的AD转换电路交换数据的通信线。
beep为蜂鸣器报警信号线,alert为报警灯信号线,RXD和TXD为串口通信线,也可以用于单片机程序的串行ISP下载。
5、液晶屏电路图10 LCD显示电路液晶屏电路如图10所示。
LCD_CS、LCD_RES、LCD_RS、LCD_SDA、LCD_SCK 为液晶模块与单片机接口的控制线。
CS_ZK、SCK_ZK、SO_ZK和SI_ZK为字库和单片机接口的控制线。
该液晶为晶讯联公司的128*64汉字屏JLX12864G-086-PC显示信息。
该显示模块既可以当成普通的图像型液晶显示模块使用(即显示普通图像型的单色图片功能),又含有JLX-GB2312 字库IC,可以从字库IC 中读出内置的字库的点阵数据写入到LCD 驱动IC 中,以达到显示汉字的目的。
其接口引脚功能介绍:表一液晶模块接口引脚功能6、矩阵键盘电路矩阵键盘电路如图11所示:图11 矩阵键盘电路图中4*4矩阵键盘可以显示0-9数字、小数点和五个功能键。
键盘行扫描信号为ROW1—ROW4,列扫描信号为COL1—COL4。
行信号为输入信号,低电平有效;列信号为输出信号。
当没有键按下时,即使行扫描输入低电平信号,列信号仍为高电平;当行扫描为低电平并且有键按下时,相应的列输出低电平。
该低电平信号可以定位至按下键的位置。
7、声光报警电路声光报警电路如图12所示。
图12 声光报警电路当测量重量超过量程时,beep和alert给出低电平信号,驱动蜂鸣器鸣响,报警灯亮。
8.电源电路本设计采用USB接口供电,电源电压5V。
同时,USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。
其电路原理如图所示。
图16 供电及程序下载电路三、Protel硬件开发软件Protel是目前国内最流行的通用EDA软件,它是将电路原理图设计、PCB 板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具软件组合后构成的EDA工作平台,是第一个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品。