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1、专业综合课程设计基于单片机的电子秤的设计班级：1级通信1班 姓名: 戴世双 学号:1181309 成绩： 基于单片机的电子秤设计 班级：11级通信1班 姓名： 戴世双 指导老师： 王建华 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成为一种方便、快捷、称量精确的工具，广泛应用于商业、工厂生厂、集贸市场、超市、大型商场、及零售业等公共场所的信息显示和重量计算。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
2、人们生活的影响越来越大，广受欢迎。本系统针对电子称的自动称重、数据处理等进行了设计和制作。为了阐明用单片机是如何对采样数据进行处理，对数据的采集和转换、计算问题进行了研究，讨论了单片机控制系统中关键的计算问题。本文在给出智能电子称硬件设计的基础上,详细分析了电子称的软件控制方法。单片机控制的电子称结构简单,成本低廉，深受人们的喜爱，本文将对此进行详细讨论。关键词:电子称；单片机;称重传感器1 绪 论1.1 电子秤的组成1.11电子秤的基本结构 电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量)的测量仪器,也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电了秤均由以下三部分
3、组成:(1) 承重、传力复位系统 它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统,又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。(2） 称重传感器 即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件,它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。 按照称重传感器的结构型式不同,可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等)和应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。 对称重传感器的基本要求是:输出电量与输入重量保持单值对应,并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；
4、对被称物体的状态的影响要小;能在较差的工作条件下工作;有较好的频响特性;稳定可靠。 (3) 测量显示和数据输出的载荷测量装置即处理称重传感器信号的电子线路(包括放人器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等)和指示部件(如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。1.1.2电子秤的工作原理 当被称物体放置在秤体的秤台上时,其重量便通过秤体传递到称重传感器,传感器随之产生力一电效应,将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号（电
5、压或电流等）。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（ A/)器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各功能开关,根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器,需要显示时,P发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、AD转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。1.1电子秤的计量性能 电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。 (） 量程:电子衡器的最大称量Ma,即电子秤在正常工作情况下,所能称量的最大值。 (）分度值：电子秤的测量
6、范围被分成若干等份,每份值即为分度值。用e或d来表示。 (3) 分度数:衡器的测量范围被分成若干等份,总份数即为分度数用表示。 电子衡器的最大称量Max可以用总分度数与分度值的乘积来表示,即Mx=nd （4)准确度等级国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成T、II、四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的范围，如表1所示：表1 不同准确度的电子秤和分度数标志及等级电子秤分类分度数范围特种准确度基准衡器n000高准确度精密衡器000 n100000中准确度商业衡器100 n00普通准确度粗衡器1n001.本设计思路目前，台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍，但存在较大的局限性:体积
7、大、成本高、携带不便、应用场所受到制约。现有的便携秤为杆秤或以弹簧、拉伸变形来实现计量的弹簧秤,居民用户使用的基本是杆秤。弹簧盘秤制造工艺要求较高，弹簧的疲劳问题无法彻底解决,一旦超过弹簧弹性限度,弹簧秤就会产生很大误差,以至损坏,影响到称重的准确性和可靠性,只是一种暂时的代用品，也被列入逐渐取消的行列。微控制器技术、传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用，电子产品的更新速度达到了日新月异的地步。本系统在设计过程中,除了能实现系统的基本功能外，还增加了打印和通讯功能,可以实现和其他机器或设备（包括上位C机和数据存储设备)交换数据，除此之外，系统的微控制器部分选择了兼容性比较好的5系列单片机，在
8、系统更新换代的时候，只需要增加很少的硬件电路，甚至仅仅删改系统控制程序就能够实现。另外由于实际应用当中,称可以有一定量的过载，但不能超出要求的范围，为此还设计了过载提示。综上所述，本设计的主要思路是：利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大,然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量及总额，然后再显示出来。主要技术指标为:称量范围0600g，分度值1g，精度等级III级，电源A20V。这种高精度智能电子秤体积小、计量准确、携带方便,能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。2系统方案论证与选型按照本设计功能的
9、要求,系统由5个部分组成:控制器部分、测量部分、数据显示部分、键盘部分、和电路电源部分，系统设计总体方案框图如图1所示。图1设计思路框图测量部分是利用称重传感器检测压力信号,得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路(如滤波电路，差动放大电路，)处理后,送单片机中的A/D转换器,将模拟量转化为数字量输出，控制器接受来自A/D转换器输出的数字信号,经过复杂的运算,将数宁信号转换为物体的实际重量信号,并将其送到显示单元中。2控制器部分本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就
10、可以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。再则由于系统没有其它高标准的要求，又考虑到本设计中程序部分比较大，根据总体方案设计的分析，设计这样一个简单的的系统，可以选用带A转换器的单片机，由于应用程序不大,应用程序直接存储存片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。STC公司的12系列的单片机都可使用，在这里选用SC生产的STC1C560S2单片机。SC12C56S2与MS-51相比有如下优势:第一， 指令集与MC-51系列单片机完全兼容第二， 片内存储器采用闪速存储器,并且支持SP-ISP在线编程,
11、使程序写入更加方便,提高了调试效率，缩短了开发周期;第三， 提供了更小尺寸的芯片,使整个硬件电路体积更小。此外价格低廉、性能比较稳定的MU，具有64KROM、1RAM、个6位定时计数器、5个8位IO接口。这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。第四， 单指令周期，运行速度高。第五， 自带上电复位电路,可减低单片机外围电路的复杂程度。第六， 内置路10位高速A转换,转换速度25万次/秒。经过放大电路的信号是模拟信号即模拟量，需要把它变成数字量才能送入单片机控制系统受理,所以需要有A/D转换电路。考虑到其他部分所带来的干扰 ，8位 A/D 无法满足系统精度要求。作为一般小商品称重需求，我们只
12、需要选择10位的A/转换器就可以了。 最后我选择了SC125A60S2这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。SC1C5A60S2内部带有60B的程序存储器，并且带有8路10位精度的A/D转换器，基本上已经能够满足我们的需要。STC12C5A60S2单片机的引脚图如图2所示。图2ST2A0S2单片机的引脚图2.数据采集部分电子秤的数据采集部分主要包括称重传感器、处理电路电路，因此对于这部分的论证主要分两方面。21传感器的选择在设计中，传感器是一个十分重要的元件，因此对传感器的选择也显的特别的重要，不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等。传感器量
13、程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最人偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外,还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷,因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素,保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后,经过大量的实验而确定的。本设计要求称重范围600g，重量误差不大于01kg。为保证电子秤称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度差的缺点。传感器的量程应根据皮带秤的最大流量来选择。在实际工作中，要
14、求称重传感器的有效量程在%8%之间线性好，精度高。重量误差应控制存.OIK,又考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器,根据设计需要,确定传感器的额定载荷为Kg,允许过载为10F，精度为0.5，最大量程时误差.1kg，可以满足本系统的精度要求。综合考虑,本设计采用SPC-50电阻应变式传感器,其最人量程为g.称重传感器由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点,所以该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点,广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秆的一次仪表。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图所示。图称重传感器原理图本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路,用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。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:上式说明电桥的输出电压V和四个桥
