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1、设 计 说 明 书设计名称： 基于51单片机的称重系统所属课程:电路 CAD 设计姓名: 章胜平学号:仪器科学与技术专业学院(系):电子信息与电气工程学院 2016年4月12日填写一、 设计背景、目的及意义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
2、，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。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。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。随着自动化测试技术的发展，传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便捷式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。采用以80C52单片机为控
3、制核心，结合高敏度的电阻式应变式压力传感器和高精度的A/D转换器，设计称重系统的总体结构。二、 国内外现状分析传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段，在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种称重传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可分三代：第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化
4、来感受和转化信号。第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。资料显示，目前我国传感器产品约6000种左右，而国外已达20000多个，远远满足不了国内市场需求。中高端传感器进口占比达80%，传感器芯片进口更 是达90%，国产化缺口巨大。其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品严重短缺。国家重大装备所需高端产品主要依赖进口。而涉
5、及国家安全和重大工程所需 的传感器及智能化仪器仪表，国外对我国往往采取限制。传感器技术产业渗透性强，其发展滞后局面已经对我国新兴产业的推进形成制约。由于我国传感器技术总体实力仍处于弱势，短时间内寻求全面突破恐不现实。因此，发展传感器技术应首先争取在局部形成 突破，掌握一批具有自主知识产权的核心技术，通过这些关键性领域突破的辐射带动推动产业进步。 事实上，我国传感器产业在某些领域已形成优势。先施科技、远望谷等企业在超高射频RFID产品领域占据国内90%的市场份额。根据湘财证券研究报告，汉威电子气体传感器国内市场占有率也高达60%，气体检测仪器仪表市场占有率达9%。随着新技术革命的来到，中国乃至全
6、球都开始进入一个全新的信息时代。而在现代化工业生产以及自动化生产过程中，需要用到各种称重传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，称重传感器的功能是使设备工作在正常状态或最佳状态，并使生产出来的产品达到最好的质量。可以说，没有众多的优良的称重传感器，现代化生产也就失去了基础。如此看来，称重传感器将在这个智能化生产产业中是会有美好的发展前途。三、 设计方案1、原理称重传感器采用金属电阻应变片组成测量桥路，利用金属电阻丝在张力作用下伸长变细，电阻增加的原理，即金属电阻随所受应变而变化的效应而制成的（应变，就是尺寸的变化）。金属电阻具有阻碍电流流动的性质，即具有电阻（），其阻值依金属的种类而异。同一种
7、金属丝，一般来讲，越是细长，其电阻值就越大。当金属电阻丝受外力作用而伸缩时，其电阻值就会在某一范围内增减。因此，将金属丝（或膜）紧贴在被测物体上，而且这种丝或膜又很细或很薄，粘贴又十分完善，那么，当被测物体受外力而伸缩时，金属电阻丝（膜）也会按比例伸缩，其阻值也会相应变化。称重传感器就是将金属电阻应变片粘贴在金属称重梁上进行测量重量信号的。2、总体方案电路分为五部分：稳压电源模块、80C52单片机核心模块、ADC0831-A/D转换模块、人机交互模块（四位七段码LED显示、操作按钮、声光报警）、传感器调理电路模块。模块图如下：调理放大电路传感器AD转换电路单片机系统LED显示声光报警设置按钮图
8、3-2 测试系统原理方块图3、设计说明 电源模块电源的220V 交流电压从P1输入，然后通过变压器，即T1 来进行变压。在变压器变压之后，是两个整流电桥，分别将变压器转变后的交流电压转变为直流电压。整流电桥之后是两个电容，是为了进一步整流并稳压。之后即连接到MC7812、MC7912 与MC7805 三个稳压芯片上，他们分别将输入的电压转化为稳定的+12V、-12V 以及+5V 电压，用以供给整个系统的输入。如图3-3所示。图3-3 电源模块 单片机核心模块单片机是整个系统的核心模块，输入输出都通过它来处理。单片机采用的是应用广泛的80C51单片机，首先，单片机工作需要有晶振。图中Y1 即为1
9、2MHz 的晶振，与单片机的X1、X2 口相连。复位按键与RESET 相连。复位按钮与电容及电阻并联，电容的作用为去除高频分量，即为防抖功能，而电阻的作用为限流。由P2.4口接收ADC0831传过来的8位2进制数据，经过分析处理，P2低四位用于片选，实现扫描显示，而P0.0-P0.7与led相连，控制数值并且由P2.7输出信号控制声光报警系统。提供RESET以及SW1（P3.1）、SW2（P3.2）、SW3（P3.3）口三个设置开关。RESET可以复位整个系统。如图3-4所示。图3-4 单片机核心模块 A/D转换模块A/D转换模块选用的是AnalogDevice公司的ADC0831芯片。它是逐
10、次比较型A/D转换器，可以和单片机直接接口。传感器电压信号通过通道IN+进入ADC0831，输出连接单片机80C52的P2.4口。详见图3-5。图3-5 A/D转换模块人机交互A4位LED七段码数码管四位LED显示模块采用的是四个带片选的7段数码管，其中每个数码管的a、b、c、d、e、f、g七段连在一起由P0口控制数值，采用三极管来驱动数码管，以防止单片机驱动能力不足以驱动四个数码管，串联电阻起到限流作用。由P2.0、P2.1、P2.2、P2.3四个输出端控制每个数码管的片选，用扫描方式使4个数码管轮流显示。如果选通的频率足够快，由于人眼的视觉停留，便可以看到四个数码管同时显示。详见图3-6。
11、图3-6 4位LED七段码数码管B声光报警系统声光报警系统由p2.7口控制。R19=R20=0.5K，能使二极管电流达到符合要求。采用一个蜂鸣器和一个发光二极管。它们都可以看为单片机控制的输出模块。详见图3-7。图3-7 声光报警系统C设置按钮三个设置按钮SW1、SW2、SW3，分别用来控制P3.0、P3.1、P3.2为0或1。然后通过程序读入开关状态赋予相应功能。按钮按下为低电平，另一种状态为高电平，不会出现其他状态，因而稳定。详见图3-8。图3-8 设置按钮电路 传感器信号调理电路选用的传感器主要参数为：工作电压：直流430V；工作电流：133uA；输出电压：6V-1V；精度：0.001k
12、g，使用称重范围：0-5kg。因此，这款城中传感器可以适用于小型物件的称重等一系列与重量有关的生活应用上。在传感器输出信号之后，通过一个差动放大电路来进行放大，放大成为输出电压为0-5V 的信号然后进行输出传感器信号调理电路一共有3运算放大器，需要正负12V输入。传感器输出信号之后，就进入放大环节。放大调零电路是运用了LM139这款运放以及几个电阻和滑动变阻器。根据传感器的输出电压，将传感器的放大倍数设置在10倍，于是输出的电压就在0-5V左右，可以被单片机直接处理。详见图3-9。图3-9 传感器信号调理电路四、 参考文献1 Altium_Designer_原理图库和PCB库的创建2 电路CAD課程设计指导书3 贾伯年，俞朴，宋爱国 传感器技术第三版4 张国雄，李醒飞测控电路第四版五、 对本课程设计的建议本人顺利完成论文离不开老师与各位同学的大力帮助，对此我表示由衷的谢意，感谢老师的讲课和耐心的指导。关于本课程的建议，我觉得这个课程是一个很好的平台，指导大家讲自己所学的东西真正应用到实际的开发设计中，简而言之就是做出一个实际的东西，这个是很好的，单感觉能将这个平台用的更好，比如也一些科创，设计大赛挂钩的话，就能将这个资源用的更好，学生也能有更大的挑战与创新。附件：1、 原理图2、PCB图
