智能电子秤论文
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·32个双向I/O口
·4.5-5.5V工作电压
·3个16位可编程定时/计数器
·时钟频率0-33MHz
·全双工UART串行中断口线
·256x8bit内部RAM
·2个外部中断源
·低功耗空闲和省电模式
·中断唤醒省电模式
·3级加密位
·看门狗（WDT）电路
·软件设置空闲和省电功能
·灵活的ISP字节和分页编程
·双数据寄存器指针
方案二：本方案前端信号处理时，选用信号放大、A/D转换等措施，尤其是在显示方面采用12Baidu Nhomakorabea64液晶显示屏。这种方案不仅加强了人机交换能力，而且满足设计要求，可以显示所称重物体信息相关内容。该结构图见附录图1-1
综上所述，方案二更符合电子秤的设计要求。
1
方案一：采用STC公司生产STC89C52单片机，STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。具有三个16位计数器。
STC89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案STC89C52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）
如图2-1
此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz，并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器、串行口、外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活
·兼容MCS-51指令系统
·8k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM
对一般的线性系统，其标度变换公式如下：
Ax= A0+（Am—A0）（Nx— N0）/（Nm—N0） （3-1）
A0：测量范围最小值
Am：测量范围最大值
N0：A0所对应的数字量
Nm：Am所对应的数字量
Nx：Ax所对应的数字量
其中，A0、Am、N0和Nm对于某一固定的被测参数来说它们是常数，不同的参数有着不同的值。
上式标度变换中，只考虑了净重与A/D转换之间的数学量的关系，还没考虑仪器仪表的精确度等级和分辨率问题。在实际的称重系统中，根据国家计量法规要求，系统的分辨率、精确度等级都有明确要求，在硬件配置条件满足的情况下，分辨率、精确度等级通常通过软件设置分度值d、分度数n来解决。它们与上式的关系为：
Wm- W0= n d =（Nm- N0）K d
关键词单片机 数据采集 A/D转换器 人机界面
第一章.方案选择与论证
方案一：本方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的代码等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中，比较麻烦。该结构图见附录图1-2
主控电路图如下：
如图2-2 主控电路设计图
2.2 电子秤信号的处理流程
2.2.1
测量精度和可靠性是电子秤设计的关键，引入软件数据处理技术，可以克服或弥补包括传感器在内的各测量环节硬件本身的缺陷或弱点，使原来靠硬件电路难以实现的信号处理可以得到解决，提高电子秤的综合性能。在电子称重系统中，主要的数据处理技术有：无效物理量的消除、零漂处理、标度变换技术、非线性补偿技术、数字滤波技术等。
摘要
本设计系统以单片机STC89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步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STC89S52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AD620和A/D转换器；人机界面部分为键盘输入，四位LED数码显示器，可以直观的显示重量的具体数字以及方便的输入数据，使用方便；系统电源以LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。
方案二：MAX187串行12位模数转换器可以在单5V电源下工作，接受0-5V的模拟输入。MAX187为逐次逼近式ADC,快速采样/保持（1.5us）,片内时钟，高速3线串行接口。
综上述所知，我们小组选择方案一，HX711不用外加放大处理电路，芯片本身自带增益可调放大，这样还可以简化很多硬件电路。
第二章电子秤的硬件设计与制作
第五章总结与展望..................................................................................22
付录........................................................................19
论文题目：智能电子秤设计
作者：石永胜
指导教师：裴勇生
论文提交日期：2016年12月1日
摘要：4
2.1AT89S52的主控电路..............................................6
2.1.1sTc89C52芯片.....................................................................................................................6
2.1 SCT89C52主控电路
2.1.1
STC89C52单片机是ATMEL公司新近推出的高档型系列单片机中的增强型产品。ATMEL公司是美国20世纪80年代中期成立并发展起来的半导体公司。该公司的技术优势在于推出Flash存储器技术和高质量、高可靠性的生产技术，它率先将独特的Flash存储技术注入于单片机产品中。其推出的AT89系列单片机，在世界电子技术行业中引起了极大的反响，在国内也受到广大用户欢迎。
（1）无效物理量的消除
在称重系统中，称重传感器输出的信号是秤台、支架和被测物之和的转换信号，实际所要测的是被测物的重量，因此，秤台、支架等是无效的物理量，在信号处理过程中要用软件方法来消除。
（2）零漂处理
零位稳定是影响电子秤精度非常重要的因素，因受温度或其它因素影响将引起零位不稳定，这种现象称为零漂。由于零漂的影响，零输入信号时，输出可能不为零，为消除这个零位漂移值，采用零位补偿技术，零位补偿就是把这个零位漂移值储存起来，每一数据采集时减去这个数值，得到的数值就是消除零漂的有效信号。
方案二：采用12864液晶显示屏显示，12864显示屏可以设置单价、金额、总价字符等。它具有低功效、可视面大、画面清晰及抗干扰能力强等功能，其显示技术已得到广泛应用。
综上所述，我们采用方案二，12864显示屏更符合题目的要求。
1
方案一：HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其他芯片，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其他同类型所需要的外围电路，具有继承度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
系统的软件部分应用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤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的功能，可以设置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，具有一定的开发价值。
2.4报警电路设计..................................................18
第三电子秤软件设计20
3.1系统主程序的设计20
第四章系统测试......................................................................................21
（5）数字滤波技术
实际测量中，由于被测对象的环境比较恶劣，干扰源比较多，各种电子秤在称量过程中，来自传感器的有用信号往往混杂有各种频率的干扰信号。为了抑制某些干扰信号，通常在称重仪表的信号入口处采用RC低通滤波器，该种滤波器能抵制高频干扰信号，但对低频干扰信号的滤波效果差，而数字滤波却可以对极低频率的干扰信号进行滤波。数字滤波就是在软件设计时采用一定的计算方法对输入的信号进行数学处理，减少干扰信号在有用信号中的比重，提高信号的真实性，它不需要增加硬件，只需根据预定的滤波算法编制相应的程序，即可达到信号滤波的目的。数字滤波可以对各种干扰信号进行滤波，其稳定性高，滤波参数修改方便，一种滤波程序可供多个通道共用。在称重系统中常用的数滤波技术有：程序判断滤波法、平滑滤波法、中位值滤波法等。实际应用中可根据情况选择其中一种或几种滤波方法的组合，对采集信号实现数字滤波路
或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
、口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
SCT89C52功能表
2.1.2主控电路的设计
P1口和P2.0～P2.6口作为地址总线，其中P1口作为低地址线和数据总线复用，P2.0～P2.6口做高地址线。P2.7作为62256的片选控制总线，ALE接锁存器74LS373的使能端。P3.6和P3.7作为外部数据存储器写/读选通信号输出端分别接62256的/WE和/OE端。
方案二：采用ATMEL公司的AT89C51，AT89C51是带4K字节FLASH存储器。带2K字节闪存可编程可擦出只读存储器的单片机，具有两个16位计数器。
综上述所知，我们小组选择方案一，STC89C52读写方便。
1
方案一: 全部采用数码管显示，数码管能显示被测物体的重量等信息。此方案显示直观，而且编程简单，但若要同时显示单价，金额等诸多信息则需要大量的数码管。由此增加了电路的复杂程度，也加大了编程的难度。
（3）标度变换
在实际测量中，被测模拟信号被检测出来并转换成数字量后，需要转换成操作人员所熟悉的工程量。因为，被测对象经传感器、A/D转换后得到的数字量是一系列的数码，这些数码值并不等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数的大小，因此，必须把它转换成带有量纲的数值后才能显示或打印输出，这种转换就是工程量变换，又称标度变换。
2.2.1称重数据处理................................................9
2.2.2信号处理电路.................................................................................................11
对于测重系统而言，标度变换实质是建立重量W与A/D转换数据N关系的数学模型。
假设秤台和支架重量为W0相应的A/D为N0，称量物体时，物体、秤台和支架总重为W，相应的A/D为N，最大量程范围为Wm，相应的A/D为Nm，物体净重为Wc= W- W0，它们之间的数学关系如下：
Wc= W- W0=（N - N0）（Wm- W0）/（Nm- N0） （3-2）
n=（Nm- N0）K
K= n /（Nm- N0） （3-3）
K称为标准系数（倍率），在软件设计中通常通过一个调校子程序来确定，然后存放在一个能长期保存的存储器中。
测量时物体的净重
Wc= W- W0=（N - N0）K d （3-4）
（4）非线性补偿
在检测中，由于检测传感器的输入输出特性往往只在一定范围内近似呈线性，而在某些范围内则明显呈非线性，同时，传感器具有离散性，还可能有温漂、滞后等。在信号处理过程中也常用软件处理方法来补偿和校正以上误差。常用的非线性补偿处理的方法有三种：分段线性插值法、曲线拟合法、查表法。对于不太弯曲的输入输出曲线，可采用线性插值法，对于很弯曲的输入输出曲线，可采用二次抛物线插值法，对于不规则的输入输出曲线，可采用分段曲线拟合法。对于用应变称重传感器的称重系统来说，由于其非线性度不是很大，所以常采用分段线性插值法。
·4.5-5.5V工作电压
·3个16位可编程定时/计数器
·时钟频率0-33MHz
·全双工UART串行中断口线
·256x8bit内部RAM
·2个外部中断源
·低功耗空闲和省电模式
·中断唤醒省电模式
·3级加密位
·看门狗（WDT）电路
·软件设置空闲和省电功能
·灵活的ISP字节和分页编程
·双数据寄存器指针
方案二：本方案前端信号处理时，选用信号放大、A/D转换等措施，尤其是在显示方面采用12Baidu Nhomakorabea64液晶显示屏。这种方案不仅加强了人机交换能力，而且满足设计要求，可以显示所称重物体信息相关内容。该结构图见附录图1-1
综上所述，方案二更符合电子秤的设计要求。
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方案一：采用STC公司生产STC89C52单片机，STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。具有三个16位计数器。
STC89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案STC89C52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）
如图2-1
此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz，并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器、串行口、外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活
·兼容MCS-51指令系统
·8k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM
对一般的线性系统，其标度变换公式如下：
Ax= A0+（Am—A0）（Nx— N0）/（Nm—N0） （3-1）
A0：测量范围最小值
Am：测量范围最大值
N0：A0所对应的数字量
Nm：Am所对应的数字量
Nx：Ax所对应的数字量
其中，A0、Am、N0和Nm对于某一固定的被测参数来说它们是常数，不同的参数有着不同的值。
上式标度变换中，只考虑了净重与A/D转换之间的数学量的关系，还没考虑仪器仪表的精确度等级和分辨率问题。在实际的称重系统中，根据国家计量法规要求，系统的分辨率、精确度等级都有明确要求，在硬件配置条件满足的情况下，分辨率、精确度等级通常通过软件设置分度值d、分度数n来解决。它们与上式的关系为：
Wm- W0= n d =（Nm- N0）K d
关键词单片机 数据采集 A/D转换器 人机界面
第一章.方案选择与论证
方案一：本方案设计的电子秤，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的代码等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中，比较麻烦。该结构图见附录图1-2
主控电路图如下：
如图2-2 主控电路设计图
2.2 电子秤信号的处理流程
2.2.1
测量精度和可靠性是电子秤设计的关键，引入软件数据处理技术，可以克服或弥补包括传感器在内的各测量环节硬件本身的缺陷或弱点，使原来靠硬件电路难以实现的信号处理可以得到解决，提高电子秤的综合性能。在电子称重系统中，主要的数据处理技术有：无效物理量的消除、零漂处理、标度变换技术、非线性补偿技术、数字滤波技术等。
摘要
本设计系统以单片机STC89S52为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步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STC89S52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AD620和A/D转换器；人机界面部分为键盘输入，四位LED数码显示器，可以直观的显示重量的具体数字以及方便的输入数据，使用方便；系统电源以LM317和LM337为核心设计电路以提供系统正常工作电源。
方案二：MAX187串行12位模数转换器可以在单5V电源下工作，接受0-5V的模拟输入。MAX187为逐次逼近式ADC,快速采样/保持（1.5us）,片内时钟，高速3线串行接口。
综上述所知，我们小组选择方案一，HX711不用外加放大处理电路，芯片本身自带增益可调放大，这样还可以简化很多硬件电路。
第二章电子秤的硬件设计与制作
第五章总结与展望..................................................................................22
付录........................................................................19
论文题目：智能电子秤设计
作者：石永胜
指导教师：裴勇生
论文提交日期：2016年12月1日
摘要：4
2.1AT89S52的主控电路..............................................6
2.1.1sTc89C52芯片.....................................................................................................................6
2.1 SCT89C52主控电路
2.1.1
STC89C52单片机是ATMEL公司新近推出的高档型系列单片机中的增强型产品。ATMEL公司是美国20世纪80年代中期成立并发展起来的半导体公司。该公司的技术优势在于推出Flash存储器技术和高质量、高可靠性的生产技术，它率先将独特的Flash存储技术注入于单片机产品中。其推出的AT89系列单片机，在世界电子技术行业中引起了极大的反响，在国内也受到广大用户欢迎。
（1）无效物理量的消除
在称重系统中，称重传感器输出的信号是秤台、支架和被测物之和的转换信号，实际所要测的是被测物的重量，因此，秤台、支架等是无效的物理量，在信号处理过程中要用软件方法来消除。
（2）零漂处理
零位稳定是影响电子秤精度非常重要的因素，因受温度或其它因素影响将引起零位不稳定，这种现象称为零漂。由于零漂的影响，零输入信号时，输出可能不为零，为消除这个零位漂移值，采用零位补偿技术，零位补偿就是把这个零位漂移值储存起来，每一数据采集时减去这个数值，得到的数值就是消除零漂的有效信号。
方案二：采用12864液晶显示屏显示，12864显示屏可以设置单价、金额、总价字符等。它具有低功效、可视面大、画面清晰及抗干扰能力强等功能，其显示技术已得到广泛应用。
综上所述，我们采用方案二，12864显示屏更符合题目的要求。
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方案一：HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其他芯片，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其他同类型所需要的外围电路，具有继承度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。
系统的软件部分应用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤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的功能，可以设置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，具有一定的开发价值。
2.4报警电路设计..................................................18
第三电子秤软件设计20
3.1系统主程序的设计20
第四章系统测试......................................................................................21
（5）数字滤波技术
实际测量中，由于被测对象的环境比较恶劣，干扰源比较多，各种电子秤在称量过程中，来自传感器的有用信号往往混杂有各种频率的干扰信号。为了抑制某些干扰信号，通常在称重仪表的信号入口处采用RC低通滤波器，该种滤波器能抵制高频干扰信号，但对低频干扰信号的滤波效果差，而数字滤波却可以对极低频率的干扰信号进行滤波。数字滤波就是在软件设计时采用一定的计算方法对输入的信号进行数学处理，减少干扰信号在有用信号中的比重，提高信号的真实性，它不需要增加硬件，只需根据预定的滤波算法编制相应的程序，即可达到信号滤波的目的。数字滤波可以对各种干扰信号进行滤波，其稳定性高，滤波参数修改方便，一种滤波程序可供多个通道共用。在称重系统中常用的数滤波技术有：程序判断滤波法、平滑滤波法、中位值滤波法等。实际应用中可根据情况选择其中一种或几种滤波方法的组合，对采集信号实现数字滤波路
或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
、口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
SCT89C52功能表
2.1.2主控电路的设计
P1口和P2.0～P2.6口作为地址总线，其中P1口作为低地址线和数据总线复用，P2.0～P2.6口做高地址线。P2.7作为62256的片选控制总线，ALE接锁存器74LS373的使能端。P3.6和P3.7作为外部数据存储器写/读选通信号输出端分别接62256的/WE和/OE端。
方案二：采用ATMEL公司的AT89C51，AT89C51是带4K字节FLASH存储器。带2K字节闪存可编程可擦出只读存储器的单片机，具有两个16位计数器。
综上述所知，我们小组选择方案一，STC89C52读写方便。
1
方案一: 全部采用数码管显示，数码管能显示被测物体的重量等信息。此方案显示直观，而且编程简单，但若要同时显示单价，金额等诸多信息则需要大量的数码管。由此增加了电路的复杂程度，也加大了编程的难度。
（3）标度变换
在实际测量中，被测模拟信号被检测出来并转换成数字量后，需要转换成操作人员所熟悉的工程量。因为，被测对象经传感器、A/D转换后得到的数字量是一系列的数码，这些数码值并不等于原来带有量纲的参数值，它仅仅对应于参数的大小，因此，必须把它转换成带有量纲的数值后才能显示或打印输出，这种转换就是工程量变换，又称标度变换。
2.2.1称重数据处理................................................9
2.2.2信号处理电路.................................................................................................11
对于测重系统而言，标度变换实质是建立重量W与A/D转换数据N关系的数学模型。
假设秤台和支架重量为W0相应的A/D为N0，称量物体时，物体、秤台和支架总重为W，相应的A/D为N，最大量程范围为Wm，相应的A/D为Nm，物体净重为Wc= W- W0，它们之间的数学关系如下：
Wc= W- W0=（N - N0）（Wm- W0）/（Nm- N0） （3-2）
n=（Nm- N0）K
K= n /（Nm- N0） （3-3）
K称为标准系数（倍率），在软件设计中通常通过一个调校子程序来确定，然后存放在一个能长期保存的存储器中。
测量时物体的净重
Wc= W- W0=（N - N0）K d （3-4）
（4）非线性补偿
在检测中，由于检测传感器的输入输出特性往往只在一定范围内近似呈线性，而在某些范围内则明显呈非线性，同时，传感器具有离散性，还可能有温漂、滞后等。在信号处理过程中也常用软件处理方法来补偿和校正以上误差。常用的非线性补偿处理的方法有三种：分段线性插值法、曲线拟合法、查表法。对于不太弯曲的输入输出曲线，可采用线性插值法，对于很弯曲的输入输出曲线，可采用二次抛物线插值法，对于不规则的输入输出曲线，可采用分段曲线拟合法。对于用应变称重传感器的称重系统来说，由于其非线性度不是很大，所以常采用分段线性插值法。