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1、西 京 学 院毕 业 设 计 （论 文）成绩题 目:基于单片机的电子秤系统设计 姓 名:系（院）:机电工程系专 业:机电一体化技术 班 级:学 号:指导老师:日 期: / 摘 要随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题，在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。本系统主要由单片机来控制，测量物体重量部分由称重传感器与A/D转换器组成，加上显示单元，此电子秤俱备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。电子称主要以MCS-51单片机作为中心控制单元，通过
2、称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路与强大软件来组成。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：增强型MCS-51单片机；称重传感器；A/D转换器；LCD显示器目 录第一章绪论1.1称重技术和衡器的发展1
3、1.2电子秤的组成21.3设计的总体思路3第二章 系统方案论证与选型2.1控制部分的选择62.2数据采集部分的选择72.3显示电路部分的选择14第三章 硬件电路设计3.1 总体规划153.2 MCS-51的最小系统构成163.3电源电路设计203.4数据采集部分电路设计203.5键盘电路与MCS-51单片机接口电路设计24第四章 系统软件设计4.1主程序设计274.2 子程序设计28第五章设计总结32致33参考文献34附录35第一章 绪论1.1 称重技术和衡器的发展 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、外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是
4、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、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。电子秤的发展过程与其它事物一样，也经历了由简单到复杂，由粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以与产品质量的监测等工作，都离不开能输出电信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅能给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。近年来，电子秤已愈来愈多地参与到数据处理和过程控
5、制中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务与商业销售领域中不可缺少的组成部分。随着称重传感器各项性能的不断突破，为电子秤的发展奠定了其础，国外如美国、西欧等一些国家在2 0世纪6 0年代就出现了0 .1%称量准确度的电子秤，并在7 0年代中期约对75%的机械秤进行了机电结合式的电子化改造。称重装置不仪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、提高产品质量以与加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍与到围民经济各领
6、域，取得了显著的经济效益。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电了衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，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与应用得到了新发展。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，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况与国外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性
7、高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。电子秤是电了衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是围计民生、国防建设、科学研究、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。1.2 电子秤系统的组 电子秤是由承重、传力复位系统，传感元件，测量和计算等一系列系统组成。下边将介绍电子秤的基本结构，工作原理以与计量性能等。1.2.1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
8、了秤均由以下三部分组成：(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：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
9、较高的灵敏度；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。1.2.2 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
10、关系）的电信号（电压或电流等）。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模数( A/D)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。运算结果送到存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从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、A/D转换以与信号各种运算处理都在仪表中完成。1.2.3 电子秤的计量性能 电子秤的计量性能涉与的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。 (1) 量程：电子衡器的最大称量Max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值
11、。 (2) 分度值：电子秤的测量围被分成若干等份，每份值即为分度值。用e或d来表示。(3) 分度数：衡器的测量围被分成若干等份，总份数即为分度数用n表示。 电子衡器的最大称量Max可以用总分度数n与分度值d的乘积来表示，即Max=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、III、四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的围，如表1-1所示： 表1-1 不同准确度的电子秤和分度数标志与等级电子秤分类分度数围特种准确度基准衡器n 100000高准确度精密衡器10000 n100000中准确度商业衡器1000 n10000普通准确度粗衡器100n10001.3
12、 设计的总体思路 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PC机
13、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51系列单片机，在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与总额，然后再显示出来。主要技术指标为：称量围0600g，分度值1kg，精度等级III级，电源AC220V。这种高精度智能电子秤体积小、
14、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。第二章 系统方案论证与选型按照本设计功能的要求，系统由6个部分组成：控制器部分、测量部分、报警部分、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2-1所示：放大电路压力传感按 键MCS-51单片机电 源语音系统LED显示图2-1 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A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存储
15、到存储单元中。控制器还可以通过对扩展I/O的控制，对键盘进行扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制。数据显示部分根据需要实现显示功能。2.1 控制器部分的选择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与功能的多样化方面，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EPROM的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储在片，不用在外部扩展存储器，这样电路也可
