主页 > 案例大全 > 论文方法大全-基于单片机的电子秤的设计与实现

论文方法大全-基于单片机的电子秤的设计与实现

2021-05-22 12:19:40

  设计中,单片机AT89S52发挥着重要的作用,作为一个构件,它可以使用某些编程语言,对其进行软件设计。首先,通过设定好的信号,包括测量传感器以及信号放大器;然后,利用A/D转换系统进行转换;最终,产生一个信号。当CPU系统接收到这个信号,通过LCD显示屏显示数据,键盘输入系统通过指令来控制。如果量程值超出设定值时,电子报警系统得到指令,电子称立即得到保护,促使电子称达到良好的效果。单片机容易使用,精度测量很高,简单,而且价格便宜,对于社会的发展有很大的发展前景。

  系统利用单片机AT89S52作为主控芯片,核心包括称重电路,显示电路,报警电路,键盘电路等组成系统电路板,能够自动实现控制以及达到生活中需求的称重效果。

  电子秤的工作原理:当传感器接收到传来的数据,这些数据来源于物体的重力,此时,内部系统经过计算,就会在显示器出现结果。同时,它的另一个作用可以当别的物体质量设备参数的参照物。电子秤的结构包括:载重部分、传力复位部分、称重传感器测量显示和数据输出的载荷测量装置。我们拿着物品将它放在称台中,在压力传感器上,会出现能够感应到物体本身的重量,一个暂时存储的力保留在传感器上,进行力-电转换,动作的同时,把物体的本身重量变换成一定的信号,此为:函数信号(电压或电流等)。在放大电路中,这个信号要经过放大、以及过滤的过程,然后利用模拟/数字转换器进行转换变化,CPU产生的信号,经过处理,最终达到微处理器CPU中,然后键盘会根据信息连续扫描,各种开关就会执行。当在键盘里进行输入,各种开关的状态要得到一定判断、分析、处理。然后由计算中的软件进行控制。在内存中,经过前面的各个部分计算出的有效数据,内存将数据保存,CPU会发出指令,直接给内存,内存得到指令,在显示器显示结果,或者打印机根据指令进行动作。从上述的过程中,信号被放大、滤波、A/D转换以及信号被处理,它们往往在会由算数表进行操作。

  1.2设计思路

  如今,在市场里,台式电子秤逐渐被广大用户使用。因为它的存在一定的缺陷,仍然发展的前景稍微困难,例如:体积大、高额成本、不方便、老旧等等。现有的便携秤都为杆秤或者是通过弹簧的拉伸变形来测量的弹簧秤,群众平民使用的是杆秤。弹簧秤的材料将是有很高的标准,弹簧经过长时间使用,将会处在的疲劳状态,这些问题很难被解决。当然,弹簧如果达到极限情况,弹簧会发生变,形成误差还是比较大的,更有可能弹簧发生变形,称出的结果的准确性和可靠性会受到很大的影响,只能暂时代替,也被列入逐步取消的行列。

  单片机技术、传感器技术和计算机技术的飞速发展,让电子产品的更新的速度也发生变化。系统在进行加工设计时,除此系统的功能之外,同时加入了打印功能以及通信的功能。设计中,机器、设备(包括主机、数据存储设备)能进行之间的数据转换。同时,本设计选择了AT89单片机,它一方面兼容性好;另一方面升级比较快。遇到系统要升级的时候时,需要硬件加持的,而且可以改变系统的程序,从而达到控制作用。

  此外,由于实际的应用当中,秤可能会有一定的过载,但是如果超出了我们的需要的范围,就会发生防止损伤。为了将避免这种事情的发生,设计中采用:过载提示声、光报警效用等部件系统。

  正如上面提及到的,本设计的核心思想:在电子称上面,放上物体,此时物品由重量产生的压力,通过物理信号经过压力传感器,压力传感器将物理信号转换能够识别的数电信号,由于信号发生变化,传送到电路中的电压也发生了变化,这样就会产生一电路被放大。此时,数字信号将通过转换器被进行转换,产生的数字信号会经过单片机一些处理后,电流的总量由体重参照这篇文章,然后显示出来。另外,键盘也可以设置商品的价格。技术指标:称重规模0~5kg;0.01公斤分度值;Ⅲ级精度;DC1.5V电源(5号电池供电)。

  这类智能电子秤,测量精度高,而且体积小,携带方便,设置称重质量效用和价格计算效用集于一身,具有很大的市场销售前景。设计的思路如图1.1所示:

  图1.1设计思路图

  2.系统方案论证与选型

  2.1 CPU的选择方案

  本设计中,单片机根据具体的要求指令开操纵控制器,进行设计。测控技术以及计算机设备有机结合。程序进行更新,软件得到改变,就会出现新的“智能测控系统”。在整个过程中,使本设计达到自动的预期效果。同样得出的测量结果,能够及时被处理,其功能具有多样化。目前,在称重方面,效果显著可见。

  此外,在系统中,可以利用简单的标准来实现,程序部分是非常关键的。如果对本设计的全部来分析,系统的设计将会是很方便以及简单。其中利用单片机EPROM,然而,在芯片中,应用程序不能放在它得里面,同时也不需要在外面重新连接,也不用进行补充,能够让设计中的电路变地简单。在单片机中,INTEL的8051和8751系列可以供我们使用,而这AT89SXX,其由ATMENL公司所生产。AT89SXX MCS-51系列单片机的特点如下:首先,在编写程序时,拥有闪存芯片内存,在其中进行操作编辑会大大减少了复杂性;接着,由于芯片整体不大,导致硬件的电路并不是很大。同时。并且内部包括:8K×8ROM、256K×8RAM、2个16位定时器计数器、4个8位I/O接口。正因为有了这些部件,才实现仪器的精准的测控效果。

  最终,本设计中,选择采用AT89S52。它对我们的需求能够满足以及实现。在AT89S52中,内存中的程序容量,达到8KB容量完全可以实现设计中的需求。

  2.2传感器的选择方案

  在本设计里,元件很重要,就比如我们的传感器。因此,选择合适的传感器决定我们数据准确度。在设计过程中,只关注量程和参数是不够的,也要琢磨设计各种电路配置的难易程度和拥有成本效益的设计等等。

  综上琢磨,本文这个设计利用SP20C-G501电阻应变传感器,它的最大量程为7.5Kg。测压元件由组合式结构和梁式金属箔组成,其内部装置拥有过载保护效用。惠斯通电桥拥有受干扰抑制的温度变化和易于补偿等其它特性,测量传感器精度高、稳定的温度特性等,广泛用于各种电子称重仪器的静态测量。测压元件首要由弹性材料、电阻应变片电缆等元件组成。其工作原理如图2.1所示:

  图2.1传感器工作原理图

  它的工作原理是:当用附在弹性体上的应变计测量时,弹性受到物体的挤压时,其中的应变片,承受不了,继而产生变形。有一个部件,为敏感栅极,它就会感应,最终变形,同时电阻也就随之改变。继电压、电流也会变化,最终数据被输送到电路中。其中应用了惠更斯电路被实现。由于桥内电路利用惠更斯电路,当弹性体在荷载作用下发生变形时,输出信号电压可由下式2-2给出:

  (2-2)

  2.3放大电路的选择方案

  电路中,前级处理是由高精度、低飘移构成的差分放大器。其可以连接高阻抗。通过普通的的运放,能够形成高增益的放大器。其设计电路如图2.3所示:

  图2.3利用普通运放设计的差动放大器电路图

  2.4 A/D转换器的选择方案

  设计中,A/D之间的转换很重要。假如在转换时,处理不当,那么使设计中存在诸多的问题,例如:数据的来源、信号不稳定、指令错误等等。以下为几种ADC,例如:并行式、逼近式、积分式ADC,∑-Δ型、流水线式ADC,它们各有千秋,对于不同的需求,都能达到。

  精度要求不是很严格,转化率要求不高。通过研究,分析系统所需要,本设计采用12位能够逼近的方式,将AD574运用到系统里面。

  2.5显示器的选择方案

  在观测数据值时,显示器是必不可少的。CPU接受信号时,直接能够显示出,电路测量时的数据。同时,数据显示的方法:LED数字显示和LCD液晶显示。LCD显示器功耗是比较低的,考虑到LCD直观方便,所以本设计选用LCD显示器。

  2.6超量程报警器的选择方案

  在智能仪器仪中,它来实现报警以及通信。运行中,出现的误差,就会发生报警当测量数据超过仪表范畴或者超过使用者设置的极限值时,用户就会得知。本设计设定了一定的报警功能,用意在于电子秤超出量程值时,能够快速地产生信号,得知超限了,进而避免设备被损坏。

  在单片机中,它的I/O口很重要,用其控制电路。当发生超重时,就会自动报警,这就是超重报警电路的功能。当称重对象的重量超过系统设计允许限值时,当程序的I/O值较高时,晶体管就会打开,蜂鸣器扬声器发出哔哔声,报警灯D1就会闪烁。

  3.硬件电路设计

  目前,设计中的系统,满足称重,最重要的是:称重传感器有效利用。当称重传感器产生的物理信号,转换为电信号,此时,电信号就会因为物理信号的变化而变化。在转换之间的关系下,通常情况就会呈现出简单的线性关系。由于测压元件的输出,规定在0~20mV内。如果单片机能够正常地运行,那么必须使信号稳定输出,再进一步地进行放大。在传感器中,它输出的是信号为模拟的,这时利用此处的A/D转换器来实现,就是将物理转化为数字,单片机才能够进行有效的识别。单片机按照电信号的输出结果来计算物体的重量,产生的电信号,主要是测压元件中的速度传感器发出一定的信号。在系统里,硬件电路部分包括:AT89S52中含有的最小系统、电路中的电源系统、数据的收集、电路之间的转换等。

  3.1 AT89S52各引脚效用的介绍

  引脚内置结构如图3.1,各个引脚的效用如表3-1所示:

  表3.1 P3.0接口引脚效用表

  P3口引脚第二效用

  P3.0 RXD(串行口输入)

  P3.1 TXD(串行口输出)

  P3.2 INT0(外部中断0输入)

  P3.3 INT1(外部中断1输入)

  P3.4 T0(定时器0外部脉冲输入)

  P3.5 T1(定时器1外部脉冲输入)

  P3.6 WR(外部数据存储器写脉冲输出)

  P3.7 RD(外部数据存储器读脉冲输出)

  图3.1 AT89S52引脚图

  3.2 A/D转换器与AT89S52单片机接口电路的设计

  AD574单片机,拥有12位A/D转换功能,它是由美国生产的一种转换器。在A/D转换器中,利用逐渐逼近的方法,转换的时间最快,25微秒就能实现,并且它的精度可以达到0.05%,比较适合用在高精度系统的快速转换中。它的逻辑芯片包括一个微处理器(带有三态输出缓冲器),它能够直接连接到各种类型的8位或16位微处理器,几乎没有其余逻辑接口电路,并且允许兼容TTL和CMOS电路。AD574柱,进行封装,同时是双内列,进行封装。

  A/D574中,控制的线路,有5根,其中的更够进入的信号:

  A0:有选择地控制。

  CE:信号的起始端。

  /CS:过滤来的信号。其中/CS=0,CE=1,会达到运行的状态,反之无法动作。

  R/-C:进行读取,转换得到数据/控制信号。

  12/-8:来选择产生的信号,继而控制。当处在高时,匹配的12位,产生并行输出;反之,产生8位进行输出。

  当R/-C=0,启动A/D转换:当A0=0,启动12位A/D转换方式;当A0=1,启动8位转换方式。

  当R/-C=1,数据输出,A0=0时,上面的8位是有效的;当A0=1时,下4位有效,中心4位为0,上4位为三态。

  输出的信号如下:

  STS:作业状态信号线。当A/D进行转换时,STS处于高;当A/D转换,产生的低时,此时采用输出的信号,有信号线线驱动信号,发送给二极管,就会指示A/D转换进行中。

  其它管脚结果如下:

  10Vin、20Vin:模拟输入,分别由输入端10V和20V电压值,另一端连接信号AGND。

  DB11~DB0:12位数字输出,由其进行被处理。

  REF OUT:10V内部,输出端为电压参考值。

  REF IN:内部电压输入端。

  BIP OFF:补偿校正,连接到正负可调分频器网络,数字输出调整输入0。

  AGND:接模拟地信号。

  DGND:接数字地信号。

  在8、10、12号引脚中,外部的电路是不一样的。则AD574的程序在单片机接口中,有以下的方法:一是单极进行连接,它将转换输入信号,变成0~10V或者0~20V;二是双极进行连接,它把输入信号能够变为-5~+5V或者-10~+10V,在它们之间的进行转换。而本设计使用第一个方法。AD574芯片引脚如图3.2所示,AD574与AT89S52的接线如图3.3所示:

  图3.2 AD574芯片引脚图

  图3.3 AD574与AT89S52的接线图

  在芯片中,管脚不论启动、转换、输出,满足CE端想要在高电位,则单片机/RD引脚、/WR引脚,能够与非门、AD574连接。转换出结果,将变成高8位、低4位,再连入P0端口里。所以,12/-8引脚,将其连接到地面的端口。另外,为了读取CS结果,A0、R/-C保持适当的转换水平,单片机将控制信号传输到74LS373锁存器。中断、读延时,程序自动到AD574里。设计中,利用中断,让STS处于停止,给信号P3.2。以下为工作的步骤:

  A.数据保留在存储器中,当指令被给定,单片机就要动作。CE=1,/CS=0,R/-C=0,A0,出现12位A/D,且转换以及开始。

  B.CPU中,信号进行暂时停滞,STS进给端口P3.2。当STS从高到低时,然后停止。转换后,存储器中的数据,会被单片机进行俩次读取,其读取12位数据。

  C.当CE=1,/CS=0,R/-C=1,A0=0时,高8位;当CE=1,/CS=0,R/-C=1,A0=1时,低4位。

  3.3显示电路与AT89S52单片机接口电路的设计

  本设计中,在段电极以及公共的电极上,需要加入交流电压。在电极上,只加DC电压,液晶会产生很大的影响。而且LCD显示屏系统包括:静态驱动模式、液晶驱动模式、动态驱动模式。单片机与LCD接线如图3.4所示:

  图3.4单片机与LCD接线图

  3.4键盘电路与AT89S52单片机接口电路的设计

  它工作原理的核心:键盘上,按键比较多的时,会出现为I/O口占用,而导致不够的情况,那么系统能够自动把键摆排放在矩阵里面。矩阵中,每个交点,它由每根水平线以及垂直线组成,并且直接连在一起是不实现的,只有一个键连接时,才能达到预期的效果。因此,一个端口(例如,端口P1)可以变成4*4=16个按钮,比如直接将端口线连接键盘,线越多越明显,多加一条线就可以变成20键的键盘,然而端口只从一条线接端口,那只会多出一个键(9键)。所以,键如果需求多时候,矩阵方法对于键盘而言,则是很有效果的。

  它在按键时,其中的识别方法为:如果我们需要那个按键执行,就要利用“行扫描法”猜能达到要求行扫描法又称为逐行(或列)扫描查询法,是一个常见的按键识别办法,如图所示的键盘,介绍过程如下:决定按键是否启动,按下所有行,Y0-Y3设置为低电平,检测键盘的列行状态。设计中,其中键盘,使用了矩阵式键盘,进行中断。键盘是4*4排列方式,里面有:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10个键,基本都是识别以及删除键。中断工作方式,使CPU能够更加运转高效,如果不运用中断请求功能,那么所有的键将会停止。当按下其中一个键,CPU就会收到中断的指令后,它进行操作,会使中断服务程序开始扫描,此时键盘的扫描状态,一定要在中断程序中进行。单片机与键盘接口电路如图3.5所示:

  图3.5单片机与键盘接口电路图

  3.5报警电路的设计

  物体的重量要符合一定的范围值,电路中的一起进行检测。如果有问题,会产生报警的信号,这时就要注意了。P2.6口会实现这一功能,一组达到(5kg)物体,有一个程序端口P2.6处于高电平。所以晶体管通过,发生报警,蜂鸣器产生声音,LED会发光。声音存在一定的缺陷,不能连续。其利用间歇声报警电路和频闪灯来达成。这项任务主要取决于程序的设计。报警电路如图3.6所示:

  图3.6报警电路图

  4.系统软件设计

  编辑的程序语言是很复杂的工作,因此进行复杂的工作,必须有原则性,这是为了更好地进行设计。设计中可以总结为以下的三点:

  (1)对系统进行真对性地分析,进行算法编辑:设计时,往往会出现复杂问题,要对其进行的解剖式分析。确定出合适的计算方法以及数据结构化,对编写的步骤过程具有决定性。

  (2)算法决定绘制流程图:在设计中,画程序框图的时候,要将算法以及处理问题的复杂化进行简化处理,来避免出错的概率。

  (3)编写具体的程序代码:需要选择合适的指令,使表现出的算法,能够

  组合在一起,形成整体,那就是所谓程序。

  在设计中,结构化程序,其往往是一种理想化的方式。结构化程序设计是为了让机构程序去有效地控制在一定的范围内。寻求程序中的上下语句之间的顺序程序同执行流程相仿,程序能够更加简易、通俗易懂、修改、避免错误、调试方便。

  4.1主程序设计

  当电源被接通之后,存在30H~5FH单元中,必须将RAM所占的内存东西要被消除。其中P2.6引脚,必须接入低电平,防止发生失误报警。

  设计中,芯片要有一定的程序,在运行前主程序的模块必须进行初始化,各个模块(子程序)就要协调配合。系统初始化时,系统将会以5Kg的标准进行运行。

  设计流程如图4.1所示:

  图4.1主程序设计流程图

  4.2子程序设计

  子程序设计中,有几个部分:A/D开始、数据读取部分、输入时被控制部分、显示时的程序部分、以及实现中断程序部分等方面。

  4.2.1 A/D转换启动及数据读取子程序设计

  处于运行中时,A/D进行计算,称重传感器会接收一定信号,而后转变成我们需要的数字信号。单片机得知之后,程序就被启动。设计流程如图4.2所示:

  图4.2 A/D转换启动及数据读取程序流程图

  4.2.2数制转换子程序设计

  数制进行之间被转变时,根据需要调整内部的系数。在IN0中,接5V,相当于500g,电压为4.8V。进制之间进行转换时,容易操作,系数就会变为一百倍,小数点也相继发生改变,再去判断运行的过程。

  在数制转换时:其中二进制之间的数制变换,每一位透露表现向左乘两次。每组4对数据包,当第4位进到第5位的时候,二进制数字由8改为16。当读取时,满足的规则:遇到十进制的数字,6就会被消除,此时需要调整到加6状态,实现这一功能的DA命令完全可以满足。移位法可以将数字系统中的可视转换目标相继实现。在数据的存储之外,利用平方加上进位的方式来实现,那么乘二显示的表现为:向左移一位,向左移之后,低位就会进一,那么需要加一,反之,加零。移位必须由存储在进位中的尾数来移动,这是我们可以做到的。数据处理流程如下图4.3所示:

  图4.3数据处理流程图

  4.2.3显示系统子程序设计

  子程序,它拥有电子称的功能,就是控制。显示的过程是通过借用别的程序来实现的。那么,设计中的子程序,要想满足显示,需要对此进行研究分析。设计显示子程序的流程如下图4.4所示:

  图4.4显示子程序流程图

  4.2.4键盘扫描子程序的设计

  在键盘电路,内部电路设计的是4*4格式。设计可以对键盘编辑,产生0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E这几个按键。关键代码的设计来源于程序,确定了决定与被决定关系。之后,编码程序就会被存储在相应模块里,最后再选择。键盘扫描子程序设计流程如图4.5所示:

  图4.5键盘扫描子程序设计流程图

  4.2.5报警系统子程序设计

  为了防止电子秤因所测物品质量过高而损坏,设定有限值,报警电路很关键。其类型有以下的声音报警或者光学报警。利用对比的方法,设置的固定值与显示的值来比较。会出现以下的情况:当设置值小于显示的值,那么P1.0就会置1,出现二极管发光、蜂鸣器“嗡嗡”作响。想要实现上面的功能,较为、一段1清0的程序,这都是需要在设计中被体现的。