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1、多功能数数字电子子计价秤秤作者：郑郑冰环赵赵 晨陈陈 兵辅导教师师：干开开封张为为堂摘 要本文设计计一种利利用电阻阻应变式式压力传传感器和和MCSS-511单片机机等器件件制作的的多功能能数字电电子计价价秤。该秤可可以对115Kgg量程范范围内的的物体进进行称量量，能实实现称重重、数码码显示、计价等功能。该电子秤利用电桥测量原理，将压力应变传感器阻值转换为电压值，再通过低通滤波，经过两级放大电路将电压放大，通过确定输出电压和标准重量的关系，形成一台原始电子秤。将此输出电压经过模数转换，送入MCS-51单片机处理，控制LCD液晶屏显示称量结果。关键字：电子秤秤应变式式压力传传感器 放大大电路 单
2、片片机一、引言言随着科技技的发展展，检测测技术已已经深入入各种领领域。本本题目要要求制作作一多功功能数字字电子计计价秤。要要求满足足如下功功能：（1）能能用键盘盘设置单单价，称称重后能能同时显显示重量量、单价价和总额额；电子子计价秤秤的最大大称重为为15.0000公斤，重重量误差差不大于于0.11；（2）具具有数码码显示，显显示重量量、单价价、总额额等信息息。a.重量量显示为为5位数数码，单单位为公公斤，最最大重量量显示值值为999.9999公斤斤；b.单价价金额显显示为55位数码码，单位位为元，最最大单价价金额显显示值值值为9999.999元；c.总价价金额显显示为66位数码码，单位位为元，
3、最最大总价价金额显显示值值值为99999.99元元，总价价金额误误差不大大于0.01元元；（3）具具有实时时时钟显显示并具具有掉电电保护，可可显示日日历时钟钟（年、月月、日、时时、分、秒秒）；（4）扩扩展高精精度A/D转换换器，提提高电子子计价秤秤测量精精度，测测量误差差不大于于0.001；（5）能能预存110种商商品的单单价；可可以随意意调出使使用。系系统框图图如下图图1所示示：图1 多多功能数数字电子子计价秤秤系统框框图二、方案案设计1.设计计思路要实现电电子计价价秤需要要选择合合适的传传感器，传传感器精精度越高高，转换换的模拟拟电压稳稳定性要要求越高高，因此此添加一一个低通通滤波电电路模
4、块块，再由由放大器器放大成成满足AA/D转转换的电电压，将将转换后后的数字字量传至至单片机机控制数数码显示示。2.方案案论证与选选择（1）系系统方案案论证与与选择通过以上上分析，拟拟定以下下两种方方案：方案一：采用AATmegga166单片机机作为系系统主控控制器。Atmel公司的ATmega16单片机具有先进的RISC(精简指令集计算机)结构、非易失性程序和数据存储器，16 kB可编程Flash存储器、512 B的EEPROM和1 kB片内SRAM，具有丰富的外设接口，其USART(通用同步和异步接收器和转发器)是一个高度灵活的串行通信设备，SPI(串行外设接口)允许ATmega16与外设或
5、其他AVR器件进行高速的同步数据传输。内部集成高精度10位A/D转换器。系统原理框图如下图2所示：图2 方案一一原理框框图方案二：采用AAT899S522单片机机作为系系统主控控制器。AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。系统原理框图如下图3所示：图3 方案二二原理框框图方案一主主控制系系统内部部集成了了A/DD转换器器，可以以节省外外部
6、器件件，简化化外部电电路，但但是MEEGA116单片片机价格格较贵，运运用技术术不够成成熟。方方案二AAT899S522单片机机的应用用范围广广，可用用于解决决复杂的的控制问问题，且且成本较较低。它它需要外外接A/D转换换电路，相相对比较较复杂，但但是成本本低。综综合比较较，考虑虑到成本本和设计计需要，10位A/D能够满足题目需求，因此采用方案二。（2）传传感器的的论证与与选择方案一：采用双双孔悬壁壁梁式（电电阻应变变式）称称重传感感器。孔悬臂臂梁式称称重传感感器是电电子计价价秤中广广泛使用用的传感感器。这这种传感感器的弹弹性体具具有上下下两个平平行梁，它的最大特点就是具有抗偏载的力学特性。它
7、的称量范围为300g至数千kg，计量准确度达1/10001/10000，结构较简单，可靠性较好。方案二：采用电电磁力式式传感器器。它利用用承重台台上的负负荷与电电磁力相相平衡的的原理工工作。当当承重台台上放有有被测物物时，杠杠杆的一一端向上上倾斜;光电件件检测出出倾斜度度信号，经经放大后后流入线线圈，产产生电磁磁力，使使杠杆恢恢复至平平衡状态态。对产产生电磁磁平衡力力的电流流进行数数字转换换，即可可确定被被测物质质量。电电磁力式式传感器器准确度度高，可可达1/2000011/6000000，但称称量范围围仅在几几十毫克克至100千克之之间。综合比较较两种传传感器的的结构、力力学特性性和称重重范
8、围等等，采用用方案一一。（3）显显示器的的论证与与选择方案一：采用七七段数码码管显示示。数码码管，显示大大亮度高高，驱动动部份的的软件简简单，但但是耗电电和功耗耗比较大大。题目目要求最最高显示示6位数数码，对对数码管管而言硬硬件电路路较复杂杂，还要要显示万万年历，因因此数码码管不适适合完成成此功能能。方案二：采用LLCD1128664液晶晶显示。12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示84个(1616点阵)汉字。具有很好的人机界面。方案三：采用LLCD3320*2400液晶显显示。该该液晶屏屏具有更更大的显显示界
9、面面，可以以实现多多层次显显示，更更具人性性化。综合比较较，考虑虑到需显显示的量量比较多多，因此此同时采采用方案案二和方方案三。1128664主要要显示时时间和时时钟，3320*2400大屏显显示重量量价格、菜菜单等。3.系统统硬件电路路设计（1）电电阻应变变式传感感器电路路电阻应变变式传感感器是将将被测量量的力，通通过它产产生的金金属弹性性变形转转换成电电阻变化化的元件件。由电电阻应变变片和测测量线路路两部分分组成，其其主要参参数如附附录1所所示。电电阻应变变片产生生的误差差，主要要来源于于温度的的影响，本本设计主主要在实实验室内内进行，温温度的影影响可不考虑虑。内部丝丝绕式应应变片结结构图
10、如如下图44所示：当贴有电电阻应变变片的弹弹性平衡衡梁受到到载荷作用时时，电阻阻应变片片1和3受到拉拉伸作用用，阻值值增加；2和4受到压压缩作用用，阻值值减小，电电桥失去去平衡，产产生的不不平衡电电压的大小小与所受受作用力力成正比比。电桥桥的输出出电压反反映了电电阻应变变片相应应的受力力状态。电桥电路路如图55所示。电桥电电路是最最常用的的非电量量电测电电路中的的一种，当当电桥平平衡时，桥桥路对臂臂电阻乘乘积相等等，电桥桥输出为为零，在在桥臂四四个电阻阻R1、R2、R3、R4 中，电电阻的相相对变化化率分别别为R1/ R1、R2/ R2、R3/ R3、R4/ R4 ，当使使用一个个应变片片时，
11、；当二个个应变片片组成差差动状态态工作，则则有；用用四个应应变片组组成二个个差动对对工作，且且R1= R22= RR3= R4=R，。当电桥后后面接放放大器时时，放大大器的输输入阻抗抗都很高高，比电电桥的输输出电阻阻大很多多，因此此可以把把电桥输输出端看看成是开开路。应应变电桥桥电路如如下图66所示：图6 电电桥应变变电路原原理图若电桥不不平衡时时，即RR1R3R2R4时，电电桥输出出：恰好选择择各桥臂臂电阻，可可消除电电桥的恒恒定输出出，使输输出电压压只与应应变片输输出有关关。令R1=R2,R3=R4,在应变变片工作作时，其其电阻RR1变化化R,此此时电桥桥的灵敏敏度为：ku=U/4电压输出
12、出为: UUO=(UU/4)(R1/R1)。（2）低低通滤波波电路滤波器是是具有频频率选择择作用的的电路或或运算处处理系统统，具有有滤除噪噪声和分分离各种种不同信信号的功功能。传传感器过过来的信信号经常常带有各各种各样样的干扰扰，因此此要采用用滤波电电路来去去除干扰扰。综合合考虑，采采用低通通滤波器器，运放放采用NNE55532，电路原理如下图7所示：图7 低低通滤波波电路原原理图传感器输输出信号号非常小小，因此此设置低低通截止止频率为为fc=1000Hz。选择择电容为为1000nF，根根据公式式计算电电阻得 二阶巴巴特沃思思低通滤滤波器的的增益为为，设置置R3=50KK，R44=1000K。
13、（3）放放大器电电路传感器输输出的模模拟信号号都很微微弱，必必须通过过一个模模拟放大大器对其其进行一一定倍数数的放大大，才能能满足AA/D转转换器对对输入信信号电平平的要求求，这里里选择常常用的仪仪用放大大器，原原理图如如图8所所示。共模抑制制比：来来自传感感器的信信号通常常都伴随随着很大大的共模模电压（包包括干扰扰电压）。一一般采用用差动输输入集成成运算放放大器来来抑制它它，但是是必须要要求外接接电阻完完全平衡衡对称，运运算放大大器才具具有理想想特性。否否则，放放大器将将有共模模误差输输出，其其大小既既与外接接电阻对对称精度度有关，又又与运算算放大器器本身的的共模抑抑制能力力有关。一一般运算
14、算放大器器共模抑抑制比可可达800dB，而而采用由由几个集集成运算算放大器器组成的的测量放放大电路路，共模模抑制比比可达11001200dB。因此，采用低漂移运算放大器NE5532和op07构成的双运放高共模抑制比放大电路。电路原理如下图9所示：图9 仪仪用放大大器电路路原理图图如图示，输输入分别别为、，输出出为。仪用放放大器的的电压增增益为调节R77可以调调节增益益范围330dBB800dB。末末级放大大采用OOP077，控制制末级增增益为，RR9设置置可调，末末级电路路增益可可调范围围000.566dB。（4）AA/D转转换器A/D转转换的作作用是进进行模数数转换，把把接收到到的模拟拟信号
15、转转换成数数字信号号输出。题目要求称重数值位数为5位，因此对A/D转换器的精度要求非常高。该设计运用的是AVR MEGA16单片机内部10位A/D转换器，A/D转换器的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关，系统精度涉及的环节很多，包括传感器的变换精度，信号预处理电路精度A/D转换器以及输出电路等。A/D转转换器的的原理图图如附录录2所示。（5）按按键/显显示模块块按键采用用4*44矩阵式式键盘，键键盘电路路如附录录3所示示；显示示采用LLCD1128664和3320*2400显示，分分别采用用串行和和并行方方式。它它们与单单片机的的连接图图如附录录4所示示。（5）电电源模块块设计要求求电源供供给所有有模块15V电电压。电电源电路路原理图图如附录录5所示，三三端稳压压芯片LLM3117起稳稳压作用用，22200uff电解电电容、1100uf和0.333uff瓷片电电容起滤滤除纹波波作用，输输出15V提提供给各各单元电电路。4系统统程序设设计以AT889S552单片片机为主主控制器器，完成成传感器器检测数数据的处处理、键盘操操作处理理和显示示处理。AAVR单单片机提提供A/D转换换、时钟钟显示和和EEPPROMM数据掉掉电保护护。传感感器输出出模拟电电压放
