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(完整 word 版)电子秤系统设计.doc
基于单片机的电子秤系统设计
摘要
电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新
型称重仪器。它与我们日常生活紧密结合息息相关。
电子称主要以单片机作为中心控制单元,通过称重传感器进行模数转换单元,在配以键盘、
显示电路及强大软件来组成。电子称不但计量准确、快速方便,更重要的自动称重、数字显示,
对人们生活的影响越来越大,广受欢迎。
本系统的设计主要从硬件电路设计,软件编程调试,实物焊接调试三部分进行详细阐述。
硬件电路主要是基于单片机 STC89S52 为核心的控制单元实现数据的处理,采用压力传感器对
数据进行采集,电子秤专用 24 位 AD 转换芯片 HX711 对传感器采集到的模拟量进行 AD 转换,
转换后的数据送到单片机进行处理显示,数据显示由 LCD1602 液晶实现,液晶显示效果稳定无
闪烁。
关键字:STC89S52单片机;电子秤;压力传感器;HX711。
1 绪论
称重技术自古以来就被人们所重视,作为一种计量手段,广泛应用于工农业、科研、交通、
内外贸易等各个领域,与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种,衡器是国家法定计量
器具,是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备,衡器产品技术水平的
高低,将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。称重装置不仅是提供重量数
据的单体仪表,而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分 ,推进了工业生产的自动
化和管理的现代化,它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品
质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各
领域,取得了显著的经济效益。
电子秤是称重技术中的一种新型仪表,广泛应用于各种场合。电子秤与机械秤比较有体积
小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点,可在各种环境工作,重量信
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号可远传,易于实现重量显示数字化,易于与计算机联网 ,实现生产过程自动化,提高劳动生产
率。从世界水平看,衡器技术已经经历了四个阶段,从传统的全部由机械元器件组成的机械称到
用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤,再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电
子计价秤.我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。现今电子衡
器制造技术及应用得到了新发展:电子称重技术从静态称重向动态称重发展;计量方法从模拟
测量向数字测量发展;测量特点从单参数测量向多参数测量发展。常规的测试仪器仪表和控制装
置被更先进的智能仪器所取代,使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方
面发生了巨大变化,并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统 ,使得科学实验和应用工程的
自动化程度得以显著提高。
电子称重的实现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。输
出电压信号通常很小,需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。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电路的单片机中,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。按照设计的基本要求,系统可分为三大模块,数据采集模块、控
制器模块、人机交互液晶显示界面模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和
A/D 转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理,由控制器完成对该数字量的处理,驱
动显示模块完成人机间的信息交换。此部分对软件的设计要求比较高 ,系统的大部分功能都需要
软件来控制。在扩展功能上,本设计增加了一个过载报警提示功能.
2 系统硬件方案设计
2。1 系统总体设计方案比较与论证
在设计系统时,针对各个模块实现的功能来设计电子秤的方案有以下几种:
方案一 数码管显示:
数据采集 AD 转换 单片机处理 LED 显示
图 1 数码管显示方案
此方案利用数码管显示物体重量,简单可行 ,可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由
此设计出的电子秤系统,硬件部分简单,接口电路易于实现,并且在编程时大大减少程序量,在电路
结构上只有简单的输出输入关系。缺点是:硬件部分简单,虽然可以实现电子称基本的称重功
能,但是不能实现外部数据的输入,无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管
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只能实现简单的数字和英文字符的显示,不能显示汉字以及其他的复杂字符 ,不能达到显示购物
清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机,系统电路过于简单,系统硬件的扩展
必受到限制,电子秤的功能过于单一,达不到设计的标准。
方案二 在前一种方案的基础上进行扩展,增加一键盘输入装置 ,增加外界对单片机内部的数据
设定,使电子称实现称重计价的功能。
结构简图如图 2 所示:
按键处理
数据采集 AD 转换 单片机处理 LED 显示
图 2 带有键盘输入的结构简图
此方案设计的电子秤,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货物代码等。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。这样在处理输入
输出接口时需要另行扩展足够多的 I/O 接口供数码管使用,比较麻烦。
方案三 前端信号处理时,选用放大、信号转换等措施来增加信号采集强度但会增加相应的设计
成本;显示方面采用具有字符图文显示功能的 LCD 显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能
力,而且满足设计要求,可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容,当需要增加扩展
功能时可以通过切换液晶显示界面的方式来实现。
结构简图如下图 3 所示:
数据采集
信号放大 A/D 转换 单片机处理 LCD 显示
按键处理
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图 3 带有键盘输入及液晶显示的结构简
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2.2 系统元器件选型及器件参数介绍
2。2。1 单片机选型
单片机的选择在整个系统设计中至关重要,要满足大内存、高速率、通用性、价格便宜等
要求,鉴于以上考虑本课题选择 AT89S52 作为整个系统的主控芯片。
AT89S52 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 10000 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
[1]
,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.AT89S52 芯片具有以下特性
[2]
:
①指令集和芯片引脚与 Intel 公司的 8051 兼容;
②8KB 片内在系统可编程 Flash 程序存储器;
③时钟频率为 0~33MHz;
④128 字节片内随机读写存储器(RAM);
⑤32 个可编程输入/输出引脚;
⑥2 个 16 位定时/计数器;
⑦6 个中断源,2 级优先级;
⑧全双工串行通信接口;
⑨监视定时器;
⑩2 个数据指针。
AT89S52 单片机的 40 个引脚中有 2 个专用于主电源引脚,2 个外接晶振的引脚,4 个控制
或与其它电源复用的引脚,以及 32 条输入输出 I/O 引脚。
AT89S52 单片机引脚图如图 4 所示:
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春哥111
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