简易电子称设计报告.doc

摘 要 本简易电子秤由数据采集、控制器和人机交互界面三部分构成。其中数据采集部分由 测量电路、差动放大电路与电压采集电路组成；测量电路采用4片电阻应变片组成的全桥 电路。差动放大把传感器输出的微弱模拟信号放大275倍，以满足A/D转换器对输入信号 电平的要求；A/D转换器把模拟信号转变成数字信号，控制器把数字信号输送到显示电路 中去。控制器选用IAP15F2K61S2单片机，用按键来选择、确定功能，最后所有结果由OL ED进行显示。 电子秤自带电源，并具有称重、设置单价、金额累计、去皮、超量程报警与语音播报 等功能。当电子秤称重范围为5.00g~500g。当重量小于50g时，称重误差小于0.5g；重量 在50g及以上，称重误差小于1g。整个系统稳定，界面友好，转换精度高，人性化。 关键词： 电子秤 传感器 A/D 控制器 目 录 第1章 方案比较论证与选择 2 1.1整体设计思路 2 1.2数据采集部分 2 1.2.1测量电路 2 1.2.2放大电路 2 1.2.3电压采集电路 2 1.3控制器部分 2 1.4人机交互界面 2 1.4.1按键 2 1.4.2显示界面 2 1.5系统设计框图 2 第2章 系统模块电路设计 2 2.1数据采集部分 2 2.1.1测量电路 2 2.1.2放大电路 2 2.1.3电压采集电路 2 2.2控制器部分 2 2.3人机交互界面 2 2.3.1按键 2 2.3.2显示界面 2 2.4其他 2 2.4.1系统电源 2 2.4.2语音播报部分 2 2.4.3固件升级接口 2 第3章 系统软件设计 2 3.1软件设计工具与平台 2 3.2软件设计思想 2 3.3软件设计流程图 2 第4章 系统调试与测试 2 4.1调试与测试所用仪器 2 4.2调试过程 2 4.3测试过程 2 4.4测试结果 2 4.5结果分析 2 第5章 设计总结 2 参考文献 2 附录 2 第1章 方案比较论证与选择 1.1整体设计思路 此设计分为数据采集部分、控制器部分和人机交互界面三部分。 从整体上看，数据采集部分由测量电路、放大电路和电压采集电路三大部分组成。测 量电路即在悬梁臂上使用电阻应变片构成全桥电路。当有物体称重时，悬梁臂发生变形 ，然后由电阻应变片将此变形转化为电阻的变化，再通过全桥电路将电阻的变化转换成 电压信号输出。输出电压经过放大电路后被采集，通过A/D转换电路把电压转换成数字信 号。 控制器部分则是通过单片机把A/D电路转换出来的数字信号传送到显示电路，由OLED 显示出来。 人机交互界面分为按键部分与显示界面部分。我们可以通过按键来选择相应的功能， 比如单价的加减、价钱的累计等。最后，所有结果都由OLED显示出来。 1.2数据采集部分 1.2.1测量电路 测量电路需要测得机械臂的形变，以此来计算物体的重量，所以我们选择用电阻应变 式传感器。电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一 种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部形变转化为电阻变化的传感器。此类传 感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的形变，然后由电阻应变片将 弹性元件的变形转换为电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换为电压或电流变 化信号输出。为了得到电压变化信号的输出，我们采用电桥电路作为测量电路。 方案一：测量电路使用单臂电路，如图1-1（a）所示。 方案二：测量电路使用半桥电路，如图1-1（b）所示。 方案三：测量电路使用全桥电路，如图1-1（c）所示。 图1-1 应变片测试电路 方案论证与选择:由计算可得:单臂中;半桥中;全桥中（K为灵敏度系 数、ε为电阻丝长度相对变化）。由此可看出单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差 ；半桥输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂时的四倍， 性能最好。因为，为了得到较大输出电压信号我们采用方案三。 1.2.2放大电路 方案一：利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。 方案二：直接利用HX711模块，可把输出电压放大到32～128倍。 方案三：由高精度低漂移运算放大器构成差动放大电路。 方案论证与选择：方案一中普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。 由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。 方案二只能把电压放大到128倍，而这里的设计需要根据应变片的应变大小来调节放大倍 数，如我们需要把电压放大275倍左右，所以不采用方案二。方案三中差动放大器具有高 输入阻抗，增益高的特点，我们可以把电路先放大11倍，再放大5倍，最后再放大5倍， 从而达到要求。 因此选择方案三，该方案成本低，直接使用实验室常规元件实现，放大倍数可以根据 悬臂梁上应变片的实际应变情况进行调节，设计灵活。 1.2.3电压