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单片机电子秤设计报告.doc
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单片机电子秤设计报告.doc
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单片机电子秤设计报告
秤是一种在实际工作和生活中经常用到的测量器具。随着计量技术和电子
技术的开展,传统纯机械构造的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰,电
子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点
而受到人们的青睐。
和传统秤相比拟,电子秤利用新型传感器、高精度 AD 转换器件、单片机
设计实现,具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有根本称重、
键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量围为 0-10Kg,
测量精度到达 5g,有高精度,低本钱,易携带的特点。电子秤采用液晶显示
汉字和测量记过,比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外,该电子秤电路
简单,使用寿命长,应用围广,可以应用于商场、超市、家庭等场所,成为人
们日常生活中不可少的必需品。
一、功能描述
1、采用高精度电阻应变式压力传感器,测量量程 0-10kg,测量精度可
达 5g。
2、采用电子秤专用模拟/数字〔A/D〕转换器芯片 hx711 对传感器信号
进展调理转换,HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精
度电子秤而设计的 24 位 A/D 转换器芯片。
3、采用 STC89C52 单片机作为主控芯片,实现称重、计算价格等主控
功能。
4、采用 128*64 汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。
5、采用 4*4 矩阵键盘进展人机交互,键盘容量大,操作便捷。
6、具有超量程报警功能,可以通过蜂鸣器和 LED 灯报警。
7、系统通过 USB 电源供电,单片机程序也可通过 USB 线串行下载。
二、硬件设计
1、硬件方案
单片机电子秤硬件方案如图 1 所示:
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图 1 单片机电子秤硬件方案
称重传感器感应被测重力,输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过
电子秤专用模拟/数字〔A/D〕转换器芯片 hx711 对传感器信号进展调理转换。
HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计
的 24 位 A/D 转换器芯片,置增益控制,精度高,性能稳定。HX711 芯片通
过 2 线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据,进展计算转换,再液晶
屏上显示出来。
矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体重量得到后,用户可以通过矩阵
键盘输入单价,电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。电源系统给单片机 、
HX711 电路及传感器供电。
2、称重传感器
传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性,其主要参
数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。
(1) 灵敏度
称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与鼓励电压的比值,典型值是
2mV/V。当使用 2 mV/V 灵敏度和 5 V 鼓励电压的传感器时,其满度输出电
压为 10 mV。通常,为了使用称重传感器线性度最好的一段称重围,应当仅
使用满度围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为 6mV。当电子秤应用
于工业环境时,在 6mV 满度围测量微小的信号变化并非易事。
(2) 总误差
总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是
0.02%,这一技术指标相当重要,它限制了使用理想信号调节电路所能到达
的准确度,决定了 ADC 分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。
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(3) 漂移
称重传感器也产生与时间相关的漂移。
目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电
式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑,其
主要特点如下:
(1) 电容式压力传感器稳定性较差,精度和灵敏度较高,寿命较短,对环
境要求苛刻,不易长距离传输。
(2) 压电式压力传感器稳定性好,精度和灵敏度高,寿命长,但大量程的
压力传感器尚待进一步研究。
(3) 电阻应变式压力传感器稳定性较好,精度和灵敏度较高,寿命较长,
对测量环境要求不太严格。
综上所述,选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为适宜
的。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,部线路
采用惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,电阻应变片〔转换元件〕受
到拉伸或压缩应变片变形后,它的阻值将发生变化〔增大或减小〕,从而使电
桥失去平衡,产生相应的差动信号,供后续电路测量和处理。电阻应变式传感
器测量原理如图 2 所示。
图 2 电阻应变式传感器测量原理
当垂直正压力 P 作用于梁上时,梁产生形变,电阻应变片 R1、R3 受压
弯拉伸,阻值增加;R2、R4 受压缩,阻值减小。电桥失去平衡,产生不平衡
电压,不平衡电压与作用在传感器上的载菏 P 成正比,从而将非电量转化成电
量输出。
R1、R2、R3 和 R4 组成惠更斯电桥,将 2 对电阻应变片的阻值变化转变
成输出电压,其工作原理如图 3 所示。
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图 3 测量电桥原理
3、电子秤专用 24 位 AD 转换芯片 HX711 及其电路
HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而
设计的 24 位 A/D 转换器芯片。与同类型其它芯片相比,该芯片集成了包括
稳压电源、片时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、
响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机本钱,提高了整机的性
能和可靠性。
该芯片与后端 MCU 芯片的接口和编程非常简单,所有控制信号由管脚驱
动,无需对芯片部的存放器编程。输入选择开关可任意选取通道 A 或通道
B,与其部的低噪声可编程放大器相连。通道 A 的可编程增益为 128 或 64,
对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV 或±40mV。通道 B 那么为固
定的 32 增益,用于系统参数检测。芯片提供的稳压电源可以直接向外部传感
器和芯片的 A/D 转换器提供电源,系统板上无需另外的模拟电源。芯片的时
钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。
HX711 部方框图如图 4 所示。其外部管脚如图 5 所示。
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图 4 HX711 部方框图
图 5 HX711 外部管脚图
图 5 为 HX711 芯片应用于计价秤的一个参考电路图。该方案使用部时钟
振荡器(XI=0),10Hz 的输出数据速率(RATE=0)。电源〔2.7~5.5V〕直接
取用与 MCU 芯片一样的供电电源。通道 A 与传感器相连,通道 B 通过片外分
压电阻与电池相连,用于检测电池电压。
图 6 HX711 计价秤应用参考电路图
本课题设计的 HX711 电路如图 7 所示:
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