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1、 毕业综合实践课题名称： 电子称重系统设计 作 者： 学 号： 系 别： 电气电子工程系 专 业： 电子信息工程技术 指导老师： 专业技术职务 副教授 本课题意义及现状、需解决的问题和拟采用的解决方案电子秤是科学研究、工业生产和人民生活必需的计量器具，设计智能化、高精度的电子秤具有较高的现实意义。随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的仪器表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子仪器在功能、精度及自动化水平方面发生巨大变化。总的设计流程是：传感器 放大电路 量程转换电路 A/D转换电路 LCD显示。工作
2、流程说明：当物体放在秤盘上时，压力施给传感器，该传感器发生形变，从而使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到模数转换器。转换成便于处理的数字信号输出到CPU运算控制。CPU根据键盘命令以及程序将这种结果输出到显示器。直至显示这种结果。做为重要测量仪器，智能电子秤在各行各业开始显示其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优势，并开始逐渐取代传统的机械杠杆测量秤成为测量领域的主流产品。指导教师意见：指导教师： 年 月 日专业教研室审查意见： 教研室负责人： 年 月 日 课 题 摘 要随着微电子技术在新世纪的快速发展，市场上使用的传统称重工
3、具已经完全不能满足人们的需求。多年来，人们一直期待测量准确、体积小巧、显示直观、价格低廉的电子秤能够投放到市场上。电子秤便应运而生。电子秤凭借着传统称重工具不可代替的功能，例如称量方便，准确度高，自动化控制，操作简单，广泛的运用于人们生活，工业生产，科学研究中。本电子计价秤设计基于STC89C52单片机，量程为02000千克。将桥式电阻应变式传感器输出的电压，利用HX711 内置放大电路，24位高速A/D转换器，转换为相应的数字信号，通过系统软件处理，在LCD12864液晶显示屏上显示所称得的重量。通过以上叙述，本次设计的电子秤在保证称量精度的同时，还要使其小巧化、价格低廉化，也因这些优点，相
4、信其会得到大众的青睐。关键词： 电子秤 传感器 单片机STC89C52目 录1.引言12整体方案设计22.1设计任务22.2设计要求22.3方案选择22.3.2方案一22.3.3方案二33 硬件电路的设计43.1 传感器电路设计43.2 放大电路及A/D转换电路设计63.2.1 HX711芯片介绍63.2.2 HX711特点73.2.3 HX711引脚功能83.2.4 HX711管脚说明83.2.5 信号放大电路103.2.6 A/D转换电路113.2.7 A/D转换器的主要性能指标133.3 STC89C52RC单片机143.3.1 STC89C52RC引脚功能153.3.2 复位电路163
5、.3.3 晶振电路163.4 自动量程控制电路173.4.1 CD4052B介绍173.4.2 自动控制量程工作过程183.5 键盘电路193.6 显示电路204. 软件电路设计234.1 系统总体流程234.2 重量显示电路234.3 按键程序处理244.4 按键处理流程图26结 论27致 谢28参考资料29附录A 电路原理图30附录B PCB图31附录C 元器件清单32附录D 程序清单33 1.引言 在我们生活中经常都需要测量物体的重量，于是出现了秤。随着社会科技发展，传统的纯机械结构（如杆秤、磅秤等）秤量装置逐步被淘汰，而电子秤以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点深受人们青睐。电子秤
6、精度高并降低成本，其发展趋势是小型化、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。电子秤的称重功能是基于微电脑控制芯片处理器这一核心技术来实现的。由于目前在设计电子秤系统时大量地采用集成芯片，因此电子秤系统已经摆脱了以往的电子模式，正趋向智能化多元化方向发展。在此基础上可以实现系统功能的扩展，比如与上位机的通讯，在上位机上利用图形化界面的操作软件实现数据库管理等。电子秤由于自身的精度高、功能强和使用方便，实际使用的电子秤有较高的性价比，在很多领域完全可以取代那些机械
7、式的称重工具。在具体开发电子秤的系统时应该根据用户的客观需要，再结合系统硬件和软件，从而可以开发出一套实际使用价值极大的电子秤系统。目前，随着电子技术的飞速发展，微处理器应用技术的日趋成熟，必将推进基于微处理器为核心的电子秤系统功能的日趋完善，因此多元化智能电子秤具有广泛的应用前景和开发价值！2整体方案设计2.1设计任务1设计满足性能指标要求的电路，画出原理图。2设计PCB并制板。3安装调试成功。4完成论文写作。2.2设计要求本文主要完成一个简单实用数字电子秤的硬件电路部分和软件部分的设计。在设计的过程学会使用单片机对电子秤的各种功能进行控制。要求设计电子称重系统，选用电阻应变片作为力传感器，
8、包括测量电路、信号放大电路、信号转换电路和显示电路。其性能要求是：1、测量范围在（0-1.99Kg，0-19.99Kg，0-199.99Kg，0-1999Kg）；2、测量精度为0.5级 ；3、非线性误差为1% ；4、自动量程控制电路。2.3方案选择单片机以其功能强，体积小，功耗低，易开发等很多优势被广泛应用。但单片机不是万能的，也存在不适合的场合，我们要充分利用单片机的内部资源和选择合适的单片机来完成我们的设计。本数字电子秤的设计过程中需要用到A/D转换、键盘、液晶显示、复位电路和蜂鸣器报警驱动电路的知识，同时在软件的设计过程中需要用到键盘扫描、液晶显示驱动、模数转换程序，可以很好的将数电、模
9、电、单片机知识进行综合应用。在综合应用中进一步熟悉单片机设计的开发各个流程，最终达到巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用目的。2.3.2方案一通过称重电桥产出电压信号，经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片进行数据转换，再将得到的数字信号送至单片机进行处理输出显示。此方案优点是可控制性好，电路简单，原理清晰，采用单片机对采集的数据稍加处理，能通过软件在一定程度上弥补与调试硬件所无法避免的数据抖动，使最终所得的数据更可靠。其中自动换挡功能采用软件实现。 传感器放大电路A/D转换电路单 片 机自动换挡电路显示电路图1.1 方框图一2.3.3方案二整个电子秤电路由传感器、放大电路、A/
10、D转换电路、89c52单片机、量程控制电路、键盘和显示电路等7部分组成。其功能是被测信号经放大整形后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量。单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。但其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。放大电路A/D转换电路STC89c52单片机显示电路键盘控制量程自动转换电路传感器PCF8591图1.2方框图二结合上面所讲，鉴于本电子秤的设计并不太复杂，单片机完全能实现所需功能，所以在具体设计时，采用了第二种设计方案。3 硬件电路的设计数字电子秤采用STC89C52单片
11、机作为微处理器，接口电路由晶振、LCD12864显示电路、4*4按键电路、CD4052B电路、报警电路等组成。3.1传感器电路设计传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过
12、程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。因此，传感器的地位与作用特别重要。电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不会受
13、各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，Ein接直流电源E：图1.3 传感器结构原理图当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为电压桥，即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有： uo=uBD=uAB-uAD = （1.4）当满足条件R1R3=R2R4时，即（1.5）=0，即电桥平衡。式（1.5）称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。若差动工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（1.4），则电桥输出为 (1.6) 应变片式传感器有如下特点：（1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。（3）结构轻小，对试件影响小， 对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。（4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。 由于设计要求需要一电阻应变片为传感器，所以我选
