数字电子秤设计资料

目录

一、设计目的 (2)

二、设计要求 (2)

三、总体设计 (2)

四、各部分硬件电路的设计 (3)

4.1 传感器的选择 (3)

4.2 三运放大电路的设计 (6)

4.3 ADC0809 A/D转换器 (6)

4.4 LED显示电路的设计 (8)

4.5 控制器单片机的选择 (9)

五、整体电路图 (13)

5.1 总体电路图 (13)

5.2 程序流程图 (14)

5.3软件设计 (14)

六、设计总结 (16)

参考书籍 (17)

一、设计目的

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。经过多年的发展，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。

本课程设计的电子秤以单片机为主要部件，利用全桥测量原理，通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。其中测量电路中最主要的元器件就是电阻应变式传感器。电阻应变式传感器是传感器中应用最多的一种，本设计采用全桥测量电路，使系统产生的误差更小，输出的数据更精确。而三运放大电路的作用就是把传感器输出的微弱的模拟信号进行一定倍数的放大，以满足A/D转换器对输入信号电平的要求。ADC0809 A/D转换的作用是把模拟信号转变成数字信号，进行模数转换，经单片机AT89S52进行数据处理最后把数字信号输送到显示电路中去，最后由显示电路显示出测量结果。

二、设计要求

设计的主要要求如下：

1)运用电阻应变式传感器并采用全桥测量电路进行数据采集

2)将采集的数据井三运放大器放大并经模数转换器转换为数字信号

3)数字信号送入AT89S52单片机进行数据处理最后通过LED显示，最小显示单位为

1g

4)写出详细的实验报告

三、总体设计

基本工作原理框图如图3-1所示：

图 3-1 基本工作原理框图

电路方框图如图3-2所示：

图3-2 电路方框图

四、各部分硬件电路的设计

4.1 传感器的选择

4.1.1 电阻应变式传感器的组成以及原理

电阻应变式传感器是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。由电阻应变片和测量线路两部分组成。常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。

电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，所以测量时我们一定要注意，其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：

A.电阻丝温度系数引起的。

B.电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。

对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿。由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点，所以采用惠更斯测量电路精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秤的一次仪表。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图4.1-1所示：

图4.1-1称重传感器原理图

全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：

R 1＝R

2

＝R

3

＝R

4

，其变化值ΔR

1

＝ΔR

2

＝ΔR

3

＝ΔR

4

时，其桥路输出电压U

out

＝KEε。其输出

灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。

应变式传感器安装示意图4.1-2所示：

图4.1-2

4.1.2 电阻应变式传感器的测量电路

电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成ΔR/R，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值120Ω，灵敏系数 K=2，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000ε，应变电阻相对变化量为：

ΔR/R = K×ε= 2×1000×10－6 =0.002 由上式可以看出电阻变化只有0.24Ω，其电阻变化率只有0.2%。这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个

电压或电流信号转换成可以被A/D 转换芯片接收的信号。

桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个都可以是电阻应变片电阻，电桥的一个对角线接入工作电压U ，另一个对角线为输出电压Uo 。其特点是：当四个桥臂电阻达到相应的关系时，电桥输出为零，或则就有电压输出，可利用灵敏检流计来测量，所以电桥能够精确地测量微小的电阻变化。

测量电路是电子秤设计电路中是一个重要的环节，我们在制作的过程中应尽量选择好元件，调整好测量的范围的精确度，以避免减小测量数据的误差。

图 4.1-3 全桥测量电桥图

图 4.1-4 三运放大电路结构图

它由电阻应变片电阻R1、R2、R3、R4组成测量电桥，R 1＝R 2＝R 3＝R 4＝350Ω，加热丝

阻值为50Ω左右，测量电桥的电源由稳压电源U in

供给。将差动放大器调零，合上电源开