单片机自动称重系统设计

摘要

本文设计的单片机称重系以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以传感器、放大系统、A/D转换系统、CPU控制系统、LED显示系统、报警系统及键盘控制系统七个部分组成。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称重系统，在此基础上增加了LED显示、键盘控制及阈值报警功能，随时可改变上限阈值，显示总重量的功能，使本产品智能化，符合现代社会电子信息化的要求。

关键词：单片机，传感器，A/D转换，LED显示，阈值报警

目录

第1章概述 (3)

第2章工作原理 (4)

2.1系统介绍 (4)

2.2 设计要求 (4)

2.3 系统组成框图 (4)

2.4 系统原理 (4)

第3章硬件电路 (6)

3.1 单片机 (6)

3.2 应变电阻式称重荷重传感器 (6)

3.3运算放大器 (8)

3.4 A/D转换电路 (10)

3.5 键盘 (12)

3.6 静态显示 (12)

3.7 声光报警 (13)

3.8 硬件电路图设计 (15)

第4章系统软件设计 (16)

4.1 查询子程序流程图 (16)

4.2 系统总流程图 (17)

4.3 系统程序设计 (17)

4.4 声光报警： (22)

第5章设计结果与展望 (23)

5.1 结果 (23)

5.2 展望 (23)

第6章结束语 (24)

第7章致谢 (25)

参考文献 (26)

第1章概述

随着城市现代化建设的不断发展，以往那种自行称重配料的方式由于其用人工调整重量。这样，一方面效率十分低下，称量结果精度不高，另一方面，用手工在现场调节增加了工人的劳动强度，而其生产环境十分恶劣，粉尘大。因而必将为自动控制的称重系统所取代，此称重系统中运用稳定可靠、小而廉的单片机，且单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较容易。本文提出的装置就是基于MCS-51单片机及其外围电路所实现的。

第2章工作原理

2.1系统介绍

为保障物料称重系统的安全运行，获得准确的重量，必须对其运行状态进行实时监控。本系统选用了5G14433对采集数据做模数变换，利用MCS-51型单片机控制，具有数字滤波、预置、检查称重值、光电隔离、自动控制装载阀门以及声光报警等功能。其流程包括：预重量值→称重→下料。

2.2 设计要求

简述此次的设计要求如下：设计一称重仪，对模拟器输出的微弱信号（0~12mV）进行前级放大处理，再以较小的失真、误差来进行A/D转换，并要求具备较强的抗工频干扰能力。最后利用单片机AT89C51对数字信号进行处理，控制数码管显示等。要求浮动误差在0~2.00%之内，显示值与输入信号值比值在1.55~1.75之内。

2.3 系统组成框图

图2.1系统组成框图

2.4 系统原理

为控制系统是一种采用单片机、专门用于工业自动定值配料的专用控制器。其系统原理图如图2.2。由图可以看出，系统由下面几个

部分组成：（1）单片微型机（2）称量传感器（3）称量斗（4）储料仓及下料装置。系统在定值称量之前，需要操作者将各个储料仓物料的定值量等相关的数据通过仪表的键盘送入仪表。仪表在以后每次的定值过程中均以自动方式进行。当储料仓中所要的物料已准备好，系统在得到启动命令后，将进入自动称料状态。先打开大闸门，物料自动注入称量斗，此时，传感器受压力，产生应变，并经测量电桥输出，称量斗上的各电桥是以串联方式相连接的，电桥的总输出送至MCS-51系统进行A/D转换，将模拟量变成数字量，然后进行数据处理，并与给定值进行比较，若称量值小于90%预称量值，则继续放料，待称量值大于等于90%预称量值，则关闭大闸门，打开小闸门，直到称量值等于预称量值，关闭小闸门。而后打开称量斗的闸门，将料落下。系统将显示本次测量值。

图2.2 系统原理

第3章硬件电路

单片机称重自动控制系统的硬件包括单片机、重量检测电路、线性放大电路、A/D转换电路、显示器、键盘和其它一些电路等组成。电路原理图见3.8 硬件电路图设计。

3.1 单片机

为了使测量过程实现微机控制化，采用AT89C51系列单片机，AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes 的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash 存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。

AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

3.2 应变电阻式称重荷重传感器

（1）弹性元件

将应变电阻片贴在专门的传感部件——弹性元件上，即可组成不同的荷重传感器。这种传感器中，弹性元件为力敏元件，把被测量的大小转换成应变量的变化，然后再把应变量的变化转换成电阻量的变

化。弹性元件是荷重传感器的重要组成部分，应具备以下性质：具有较强的抗压强度，以便在高载荷下保证具有足够的安全性能,弹性好，受力变形后具有良好的重复性和稳定性；残余应力小，并具有均匀而稳定的组织，而且是各向同性；抗疲劳性好；受温度影响小，易于机械加工及热处理。

这个系统中选用的是柱式传感器中的柱形传感器。其结构是在圆筒上按一定方式贴上应变片。为提高灵敏度，常采用空心的圆筒。设计传感器的关键问题是根据额定载荷W及材料的允许应力δ，便可求出产生的应变力为ε=δ/E = Wg/AE式中, Wg——载荷的重量A——圆柱形传感器的横截面积

E——弹性模量

δ——材料的允许应力

ε——产生的应变

采用柱式结构的传感器的测量范围为几百公斤到100吨，精度可达±0.5%～0.3%左右。下图3.1为一空筒型柱式传感器的结构图。被测力通过压头1直接作用在粘贴有电阻应变片的弹性体7上，使弹性元件发生形变，粘贴在其上的电阻应变片δ阻值发生相应的变化，致使电桥失去平衡。因而使电桥输出与被测力成正比的信号。

1——压头

2——上盖

3——膜片

——外套

——过载保护套

——电阻应变片

——弹性体

——底座

——下压头

——接线盒

图3.1 空筒型柱式传感器的结构图