基于单片机的智能电子秤设计

基于单片机的智能电子秤设计

目录

1 绪论

1.1 选题的背景和意义 (1)

1.2 研究现状 (1)

1.3 论文主要研究内容 (1)

2 总体方案设计 (2)

2.1 电子秤整体方案 (2)

2.2 主控制器的方案 (2)

2.3 称重传感器的方案 (3)

2.4 放大器的方案 (5)

2.5 模数转换器的方案 (6)

2.6 键盘部分的方案 (7)

2.7 显示部分的方案 (8)

2.8 过载报警部分的方案 (8)

3 电子秤的硬件设计 (8)

3.1 系统设计的总体思路 (8)

3.2 单片机AT89S51最小系统 (8)

3.3 放大电路 (9)

3.4 模数转换器与单片机接口电路 (10)

3.5 显示电路与单片机接口电路 (11)

3.6 键盘电路与单片机接口电路 (12)

3.7 报警电路 (13)

3.8 电源电路 (13)

4 电子秤系统的软件设计 (15)

4.1 主程序的设计 (15)

4.2 子程序的设计 (16)

4.2.1 模数转换子程序的设计 (16)

4.2.2 键盘扫描子程序的设计 (17)

4.2.3 显示子程序的设计 (18)

4.2.4 价格计算子程序的设计 (29)

4.2.5 报警子程序的设计 (20)

5 系统调试 (22)

5.1 软件调试 (22)

5.2 硬件调试 (23)

结论 (24)

致谢 (25)

参考文献 (26)

附录A (27)

附录B (28)

附录C (29)

1 绪论

1.1 选题的背景和意义

电子秤是日常生活中常用的称重器材，广泛应用于超市、大中型商场、物流配送中心。电子秤在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。相比传统的机械式称量工具，电子秤具有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。电子秤的设计首先是通过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。经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微处理器中，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。

1.2 研究现状

电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展,而且更需向多种功能的方向发展。据悉,目前电子秤的附加功能主要有以下几种:1.电子秤附加了处理机构计算机信息补偿装置,可以进行自诊断、自校正和多种补偿计算和处理。2.具有皮重、净重显示等特种功能。电子秤有些已具备了动物称量模式,即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法,消除上述的误差。3.附加特殊的数据处理功能。目前的电子秤有附加多种计算和数据处理功能,以满足多种使用的要求。今后,随着电子高科技的飞速发展,电子秤技术的发展定将日新月异。同时,功能更加齐全的高精度、高智能的先进电子秤将会不断问世,其应用范围也会更加拓宽。

1.3 论文主要研究内容

本文主要是设计的内容是简易电子秤，它用单片机作为处理核心，信号由压力传感器感受后经放大器放大和模数转换后输入到单片机处理，同时该电子秤具有LCD显示和键盘输入。

该电子秤具体实现的功能是能够测量一定质量内物体的质量，能够利用键盘输入价格，具有清零，可以计算总价，并能通过LCD直接显示出来，超过所测重量时能够报警。

2 总体方案设计

2 电子秤整体方案

电子秤设计的整体方案是：传感器采集到因压力变化产生的电信号，但是一般这样产生的电信号很小，需要利用放大电路将其放大，放大的电信号通过模数转换器转换为数字信号后送入到微处理器中处理，微处理器处理后输出信号控制显示器显示出来。同时还需要键盘对物品单价等信息输到微处理器内部，还需要有过载报警装置。

其整体设计方案如图2-1所示：

图2-1 电子秤整体设计方案图

2.2 主控制器的方案

主控制器是电子秤的核心部分，它需要接受转换后的传感器信号，同时也能扫描接受到键盘的输入信号，计算价格后控制显示器的输出，当超过称重量量程时还要控制报警装置报警。主控制器的选择有两个如下两个方案。

方案一：单片机作为主控制器

单片机控作为主控制器其优点有：可以做成专用的控制系统，程序被固化，可靠性较高，操作简单，易于维护，并且成本低。在比较小型的控制系统中，最适合的应是单片机作为控制核心。但在大型的控制系统中，控制系统各方面性能要求很高，或者工作环境很恶劣，有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中，如果利用单片机作为控制系统，其性能会受到相应的影响。

方案二：PLC作为主控制器

PLC作为主控制器应用广泛，它具有接线简单，通用性好，编程简单，使用方便，可连接为控制网络系统，易于安装，便于维护，其主要应用在准确、精密、快速、稳定和多点控制的系统中，但是其价格昂贵。

本文设计的简易电子秤精度不需要很高，它需要控制器及程序被固化，并且工作环境适宜。单片机作为处理器完全能够满足要求，并且单片机价格低廉，体积小，最终我选择了市面上常见的51系列的单片机AT89S51作为主控制器。

2.3 称重传感器的方案

称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8类，我选择应用最广泛的电阻应变式传感器。

电阻应变式称重传感器是利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作的，根据传感器理论可知，设长为L、截面积为S、电阻率为ρ的电阻丝，已知其阻值为：

=L

R

S

ρ（2-1）当电阻丝两端有机械应力F时，ρ、L、S都会发生变化，从而导致电阻发生变化。

这种应变片式传感器是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。电阻应变片把机械应变信号转换为△R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的△R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥[4]。如图2-2所示为常见的直流供电的平衡差动测量电桥：

R1-▲R1R2+▲R2

R4+▲R4R3-▲R3

Ein

Eout

图2-2 直流供电的平衡差动测量电桥

图中，为供桥电源电压，当初始有时，则电桥输出电压或电流为零，这时电桥处于平衡状态。其测量原理：用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。由于内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出：