基于單片機(jī)的智能微型稱重裝置設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 電氣自動(dòng)化專業(yè)

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1、基于單片機(jī)的智能微型稱重裝置設(shè)計(jì) 摘 要 壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常要涉及到的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)壓力的研究在生產(chǎn)中和設(shè)備安全運(yùn)作中十分重要，實(shí)現(xiàn)最基本的智能化檢測(cè)對(duì)生產(chǎn)具有極重要的意義。本文主要設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)原理的智能微型稱重裝置，替代了傳統(tǒng)的杠桿原理的桿秤，運(yùn)用現(xiàn)代化科技與技術(shù)對(duì)壓力進(jìn)行測(cè)量，采用專業(yè)的壓力傳感器來進(jìn)行檢測(cè)，只要壓力發(fā)生變化，傳感器就會(huì)感應(yīng)到壓力的變化，從而進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)變，再經(jīng)由HX711模數(shù)轉(zhuǎn)換器和集成運(yùn)算放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，再經(jīng)由控制中心STC89C51單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)處理，由LED數(shù)碼管顯示壓力系數(shù)，從而達(dá)到對(duì)重物進(jìn)行測(cè)量的目的。最終將軟件下載到硬件上進(jìn)行調(diào)試安裝

2、顯示出數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵詞：傳感器；HX711；STC89C51；LED數(shù)碼管 Abstract Pressure is one of the most important parameters in industrial production. It is very important to study the pressure in the safe operation of production and equipment. In this paper the design of intelligent micro weighing device for single chip mic

3、rocomputer based on the principle of replacing the traditional steelyard lever principle, the pressure measurement of the use of modern science and technology, mainly by pressure sensor quality information is measured, the sensor receives the fine micro pressure changes into electrical signal, and t

4、hen through the HX711A/D converter and the integrated operational amplifier circuit for signal processing, and then through the STC89C51 SCM system belongs to the control center, through the LED digital display pressure coefficient, so as to achieve the purpose of weight measurement. Finally, the so

5、ftware is downloaded to the hardware to be debugged and installed. Keywords: sensors, HX711, STC89C51, LED digital tube 目 錄 TOC \o "1-3" \h \z \u 摘 要 I 第一章 緒論 1 1.1 稱重裝置的發(fā)展及歷史 1 1.2 電子秤的實(shí)用性 1 1.3 電子秤的發(fā)展 1 第二章 主體設(shè)計(jì) 2 第三章 壓力檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3 3.1 數(shù)據(jù)采集及稱重裝置 3 3.2 稱重傳感器的轉(zhuǎn)換方式 3 3.3 金屬應(yīng)變片的要求 4 3.4 電

6、橋平衡 4 3.5 非線性誤差及溫度補(bǔ)償 6 3.6 信號(hào)放大電路 7 第四章 硬件分析 8 4.1 HX711系統(tǒng) 8 4.2 單片機(jī) 9 4.2.1 STC89C52單片機(jī)簡介 9 4.2.2 主要特性 11 4.3 系統(tǒng)顯示器選擇 11 4.3.1 方案一 數(shù)碼管顯示 11 4.3.2 方案二 LCD字符液晶顯示 12 4.4 實(shí)物焊接 13 第五章 總結(jié) 13 參考文獻(xiàn) 15 附錄A 16 附錄B程序 16 致謝 26 第一章 緒論 1.1 稱重裝置的發(fā)展及歷史 稱重作為一種計(jì)量方式，已經(jīng)有幾千年的歷史，稱重器具作為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的一件必不可少的

7、生活必需品，主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、科學(xué)研究研發(fā)、生產(chǎn)生活等領(lǐng)域。稱重裝置作為衡量儀器，同樣的也在工業(yè)和商業(yè)中運(yùn)用十分重要。它最大的優(yōu)點(diǎn)就是工作效率得到大大的提升。能夠控制材料損耗的程度，而且產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)得到提升。稱重裝置與生活密不可分，對(duì)于生活作用巨大。 自秦始皇統(tǒng)一度量衡開始，使得度量器具有了一個(gè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的稱量基本采用的是簡單的杠桿原理。但是當(dāng)今世界科技飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的稱重設(shè)備以及不足以滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枰?，上個(gè)世紀(jì)五十年代，制造業(yè)由于電子技術(shù)的發(fā)展得到了較快的發(fā)展。在過去的幾年里，出現(xiàn)了機(jī)械和電氣設(shè)備的組合，在過去的50年里得到了發(fā)展和完善，電子器具從最初的簡單機(jī)械到現(xiàn)如今

8、的數(shù)字化，電子化的轉(zhuǎn)變，電子秤的發(fā)明，很大程度改變了人們的工作方式與生活需求，滿足了國內(nèi)與國際市場(chǎng)的需要。 傳統(tǒng)的稱重器具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，但是有的地方一些不法商販總會(huì)錯(cuò)改器具，使得缺乏一個(gè)正確合理的度量標(biāo)準(zhǔn)，給人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活交易帶來一個(gè)不公平的體驗(yàn)，欺騙消費(fèi)者和買賣雙方。 1.2 電子秤的實(shí)用性 為了適合現(xiàn)如今社會(huì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)要求，電子秤根據(jù)人們需求在不同的使用場(chǎng)合也有相對(duì)應(yīng)的型號(hào)和規(guī)模。人們?cè)谌粘Ｉ钪兄恍枰砍滔鄬?duì)較小的，而在工業(yè)生產(chǎn)勞作中就需要量程比較大的，而他的規(guī)模也比較龐大。但是不論其規(guī)模大小程度，其操作簡便，使得用戶在使用過程中不需耗費(fèi)很大的工作強(qiáng)度，工作簡單，只需要鍵

9、盤的顯示器實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的操控的顯示就可以完成對(duì)一個(gè)物體的測(cè)量。這些全歸功于自動(dòng)化和科技的發(fā)展。 1.3 電子秤的發(fā)展 電子秤已經(jīng)有原來的笨重逐漸向小型化、模塊化、智能化轉(zhuǎn)換極大地簡化了稱重裝置的主體結(jié)構(gòu)，降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，并且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)用的可靠性能，并且在發(fā)展過程中不斷向其他科學(xué)領(lǐng)域滲透，通過各種技術(shù)去接觸稱重計(jì)量，自動(dòng)控制和產(chǎn)品信息的獲得。并不斷的實(shí)現(xiàn)智能化，解放人的大腦和雙手使得生產(chǎn)生活更加簡便快捷，以來滿足現(xiàn)如今的快節(jié)奏生活生產(chǎn)需要。 第二章 主體設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)主要基于單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)稱重裝置的基本控制功能，其它傳感器，A/D轉(zhuǎn)換器，鍵盤輸入輸出和顯

10、示元件等無明確要求，但是最終設(shè)計(jì)需要符合測(cè)量精度高，體積小巧，方便計(jì)算計(jì)價(jià)的要求。整個(gè)系統(tǒng)由4個(gè)部分組成的,如下所示：壓力采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、顯示模塊。如圖1所示。 數(shù)據(jù)采集也就是采集壓力信號(hào)，指使用稱重傳感器獲得所稱設(shè)備信息的重量，并將壓力的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的變化，因?yàn)檫@個(gè)變化有可能非常的微弱，所以，先利用HX711數(shù)模轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，在進(jìn)行128倍放大，然后送入微控制器，單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算與轉(zhuǎn)換，并將結(jié)果顯示出來。 圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 第三章 壓力檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 數(shù)據(jù)采集及稱重裝置 傳感器的本質(zhì)其實(shí)就是進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，是力信號(hào)轉(zhuǎn)電信號(hào)，其中

11、最主要的元件有2個(gè)部分，一是敏感元件，二是轉(zhuǎn)換元件，其中敏感元件是通過感受力的變化，從而使得應(yīng)變片發(fā)生形變，然后將其轉(zhuǎn)換成電阻組織轉(zhuǎn)型，然后由轉(zhuǎn)換電路按照相應(yīng)比例的電阻轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電流或電壓的電信號(hào)，完成信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。 3.2 稱重傳感器的轉(zhuǎn)換方式 電子秤采用電阻應(yīng)變式稱重傳感器作為物體質(zhì)量信號(hào)-電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。在市場(chǎng)上，已經(jīng)廣泛的在使用電阻應(yīng)變傳感器的，而且其技術(shù)也是發(fā)展最成熟的，使用電阻應(yīng)變儀變形，導(dǎo)致電阻變化，電阻應(yīng)變儀的工作原理附著在被測(cè)物體的表面，根據(jù)應(yīng)變計(jì)的工作原理，導(dǎo)體受到外部變形，電阻值變化，在物理學(xué)中我們知道電阻計(jì)算公式為：R =ρL/ S，其中：L的含義就是物體長度，S

12、的含義是物體的橫截面積，比例系數(shù)ρ稱之為物體的電阻系數(shù)或是電阻率。 由上式可知當(dāng)電阻絲兩端當(dāng)存在機(jī)械應(yīng)力F時(shí)，ρ、L、S都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變從而電阻隨之改變。當(dāng)外力F慢慢的變大的時(shí)候，L，S，R，相反，當(dāng)F慢慢的變小的時(shí)候，L，S，R。 電阻應(yīng)變片的構(gòu)成主要有4個(gè)部分，分別如下： （1）敏感柵（2）覆蓋層（3）基層（4）引線 在這個(gè)4個(gè)部分當(dāng)中，敏感柵是最重要的。它是和絕緣基片進(jìn)行粘一起，如圖 3-1所示 。 圖 3-1　電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 3.3 金屬應(yīng)變片的要求 1.靈敏度系數(shù)大，且在相當(dāng)大的范圍內(nèi)保持在一個(gè)恒定值。 2.ρ值大，在物體長度，橫截面積相同時(shí)有較大的阻值 3.電

13、阻溫度系數(shù)小，避免溫度變化影響阻值。 4.和銅線一起焊接的時(shí)候性能要好，跟其余金屬接觸時(shí)候，要保證其電勢(shì)要小。 5.機(jī)械強(qiáng)度高，具有良好的機(jī)械加工性能。 3.4 電橋平衡 電阻應(yīng)變計(jì)是把機(jī)械應(yīng)變信號(hào)變?yōu)棣/ R。因?yàn)閼?yīng)變量非常的小，而且其對(duì)應(yīng)的電阻變化也很小，因此難以進(jìn)行準(zhǔn)確地測(cè)量。所以必須要采用用轉(zhuǎn)換電路，因?yàn)檗D(zhuǎn)換電路能夠?qū)?yīng)變儀ΔR/ R變化的電壓和電流。其轉(zhuǎn)換電路通常為平衡差動(dòng)圖3-2為一直流供電的平衡電阻電橋，接直流電源E： 如果把一個(gè)無窮大的電阻放在電橋輸出端，這時(shí)候我們可以把輸出端當(dāng)做開路，這時(shí)候直流電橋不能夠輸出電流，只有電壓輸出，所以樣的情況我們就把它稱作為電壓橋。

14、 = （3.1） 當(dāng)滿足前提R1R3=R2R4時(shí)，即 （3.2） =0，即電橋平衡。式（3.2）稱平衡條件。 使電橋平衡應(yīng)在用應(yīng)變片測(cè)量電橋在測(cè)量前，使得應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引發(fā)的電阻改變來影響測(cè)量的電橋輸出電壓。 若差動(dòng)工作，即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R，R4=R+△R,按式（3.1），則電橋輸出為 (3.3) 3.5 非線性誤差及溫度補(bǔ)償 應(yīng)變計(jì)參數(shù)之間的線性關(guān)系非常小，當(dāng)△R<＜R1時(shí)，如果應(yīng)變計(jì)壓力過大，橋應(yīng)變輸出電壓之間呈非線性關(guān)系，因此，我們一定要精確的測(cè)量系統(tǒng)的線性誤差，從而系統(tǒng)的輸出靈敏度得以提升。 U U (a)半橋差動(dòng)電路 （b） 全

15、橋差動(dòng)電路 圖3-3（a）為半橋差動(dòng)電路，適用于傳感器。當(dāng)應(yīng)變片粘貼之后，主要注意的是兩個(gè)應(yīng)變片要分別受壓和受拉，絕不能有2個(gè)同時(shí)受壓的情況發(fā)生，而且2個(gè)同時(shí)受拉的現(xiàn)象也不能存在，而且還要維持不一樣的應(yīng)變符號(hào)，在工作的時(shí)候，在電橋的相鄰兩臂分布貼上應(yīng)變片。當(dāng)電橋在最初的時(shí)間是平衡的，并且是相等的臂橋，半橋差分電路的輸出電壓時(shí)，考慮到ΔR1=ΔR1 ，R1=R2 ，R3=R4則有 （3.4） 通過上面的分析，我們可以知道，半橋差分電路的優(yōu)點(diǎn)就是使非線性誤差得以去除，而且電橋的輸出靈敏度也得到了一定的提升，除此之外，還有一個(gè)比較好的作用是能夠溫度補(bǔ)償。 如果按照2.4（b）為全橋差動(dòng)電路所

16、示，考慮到ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，且R1=R2=R3=R4 全橋差動(dòng)電路的輸出電壓為 （3.5） 我們可以發(fā)現(xiàn)，就電壓靈敏度方面，全橋比單臂高4倍，線性誤差也解除。此電路也得到廣泛應(yīng)用。 電阻應(yīng)變片的溫度誤差及補(bǔ)償 溫度是能夠影響測(cè)量時(shí)的誤差大小的，這種誤差我們?cè)趯W(xué)術(shù)上較為應(yīng)變片溫度誤差，應(yīng)變片的溫度誤差受到許多因素的影響，如下所示： （1）電阻溫度系數(shù)（2）試件材料（3）電阻絲材料（4）膨脹系數(shù) 電橋補(bǔ)償是最常用的、效果較好的線路補(bǔ)償方法，如圖3-4 圖3-4 電橋補(bǔ)償電路 3.6 信號(hào)放大電路 儀表放大器是一種精準(zhǔn)的差分電壓放大器，它來自運(yùn)算放大器，但優(yōu)于運(yùn)算放

17、大器，具有高輸入阻抗，低噪聲，高共模抑制比，低失調(diào)漂移增益，低線性誤差，靈活的設(shè)置和易用性特點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于傳感器信號(hào)放大，數(shù)據(jù)采集，精密電子設(shè)備，醫(yī)療設(shè)備等[6]。電子秤儀表放大器結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，第一級(jí)由A1，A2，用于高阻抗相位輸入和結(jié)構(gòu)對(duì)稱，使電路漂移和偏移偏移第二級(jí)由A3差分放大電路組成，還具有非常高的輸入阻抗，共模抑制比，前者匹配。電阻R1 = R2，R3 = R4，R5 = R6，調(diào)整RG的電阻值，可以調(diào)整放大倍率，A1和A2可以增加零電位器VR1和VR2。 1.運(yùn)放儀表放大器原理為，電路原理圖如圖3-5所示 圖3-5 儀表放大原理圖 2.理論計(jì)算 計(jì)算理論依據(jù)“虛短

18、”、“虛斷”。 3.仿真測(cè)量 （1）在本實(shí)驗(yàn)中，取U?i1?=100mV、1kHz正弦波，Ui2=50mV、1kHz正弦波，即，其他參數(shù)如原理圖要求所示，設(shè)計(jì)的仿真測(cè)量圖如圖3-6 圖3-6 儀表放大仿真圖 （2）仿真測(cè)量結(jié)果 I.測(cè)量UO1-UO2與Ui1-Ui2的關(guān)系 圖3-7 儀表放大輸入輸出關(guān)系 圖3-7中，藍(lán)色線為Ui1-Ui2輸入，紅色線為UO1-UO2輸出，由圖知，輸入與輸出極性相同，為同相放大 UO1-UO2有效值測(cè)量如下 圖3-8 U01-U02測(cè)量 即UO1-UO2=150mV=3 Ui1-Ui2，所以此時(shí)放大倍數(shù)為3。 II. 測(cè)量UO與UO1-UO

19、2的關(guān)系 圖3-９?。眨芭c U01-U02關(guān)系 由圖3-９知，藍(lán)色線為UO1-UO2輸入，紅色線為UO輸出，UO與UO1-UO2幅值相同，相位相反，U3為差分運(yùn)算電路，當(dāng)RF=R時(shí)，放大倍數(shù)為1，可認(rèn)為是反相器。 3-９　Ｕ０與 U01-U02關(guān)系 圖３－９中，深黃線為輸入，淺黃線為輸出，說明：輸出與輸入相位差180°，即極性相反 b.萬用表測(cè)輸出有效值 圖八 由此得, （3）結(jié)論 綜合以上仿真結(jié)果得出結(jié)論，輸出與輸入極性相反，而且與輸入成比例。 所以，，與理論計(jì)算完全吻合。 第四章 硬件分析 4.1 HX711系統(tǒng) HX711A/D轉(zhuǎn)換器芯片有24位，對(duì)其進(jìn)行全面的

20、，仔細(xì)的設(shè)計(jì)是因?yàn)楦呔入娮映拥男枰：推胀ǖ念愋托酒容^，HX711A/D是有很多優(yōu)點(diǎn)，如集成度高\(yùn)響應(yīng)速度快以及抗干擾能力強(qiáng)。它是一款專用的 它所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)， 輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B，通道A的增益為128或64，通道B的增益為64。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接部件。該芯片內(nèi)部輸入通道和增益選擇如表1所示。 表1 輸入通道和增益選擇 PD-SCK 輸入通道 增益 25 A 128 26 B 32 27 A 64 圖4-1 HX711模塊 進(jìn)行信號(hào)采集、放大與AD轉(zhuǎn)換時(shí)，硬件連接參

21、考HX711引腳說明，圖3所示自制壓力傳感器有四根引線分別標(biāo) 識(shí)為紅色、黑色、白色和綠色。其中分別連接圖4的E+、E-、A-和A+，B通道沒有用，將其接地。PD-SCK的輸入時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)不應(yīng)少于25個(gè)或者多于27個(gè)，否則串口通訊錯(cuò)誤。 HX711典型應(yīng)用電路如圖4-2所示。 圖4-2 HX711典型應(yīng)用 4.2 單片機(jī) 單片機(jī)作為系統(tǒng)主要控制部分，我們?cè)谶x擇時(shí)需要在市場(chǎng)能夠提供足夠的器件供我們選擇和正常的生產(chǎn)需要。我們選擇的單片機(jī)必須資源充足，性能穩(wěn)靠。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況需求結(jié)合單片機(jī)性能來選擇最便捷的實(shí)現(xiàn)技術(shù)要求而且還要較高的性價(jià)比。它還應(yīng)考慮硬件和軟件設(shè)計(jì)的方便性，對(duì)應(yīng)于工作量大小和開

22、發(fā)工具的可行性，并且需要聯(lián)系實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作才能完成。在這里我選用的是STC89C51 4.2.1 STC89C52單片機(jī)簡介 在這個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要的控制模塊是STC89C52型單片機(jī)，該單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是消耗的能量低、高速抗干擾。很傳統(tǒng)的8051相比，STC89C52做了許多方面的改進(jìn)，具有了一些新的功能，而且對(duì)51型單片機(jī)的指令代碼都是所能夠兼容的。其編程采用Flash，在編程時(shí)不需要專門的編程器，而且編程簡單，適用于初學(xué)者。圖4-3為STC89C52的實(shí)物圖。 圖4-3 STC89C52實(shí)物圖 STC單片機(jī)產(chǎn)品種類非常多，STC單片機(jī)按其性能要求和運(yùn)行速度的差異，分為不同系列的產(chǎn)品

23、。依據(jù)運(yùn)行速度的不一樣，可以分為12T/6T和1T系列。而使用廣泛的51系列單片機(jī)AT89C52就是12T的，其一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)時(shí)鐘周期。不同系列單片機(jī)的差別主要在于片內(nèi)資源數(shù)目上的多少。當(dāng)我們?cè)谶x擇單片機(jī)的時(shí)候，要根據(jù)我們不一樣的需求選擇適合我們需求的單片機(jī)，即“單片機(jī)功能或數(shù)量要略大于設(shè)計(jì)需求”，“設(shè)計(jì)要求盡量使用單片機(jī)完成，少用其他器件”，“保證性能要求的前提下，盡量選擇低成本的”，“要選擇知名廠家，不要選用小廠商”，以確保單片機(jī)系統(tǒng)的高可靠性和高性價(jià)比。而我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)選擇使用STC89C52。如圖4-4是STC89C52的管腳分布圖 圖4-4 STC89C52單片機(jī)的結(jié)構(gòu)示意

24、圖 4.2.2 主要特性 STC89C52與MCS-51 兼容 、4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 、壽命：1000寫/擦循環(huán)全靜態(tài)128*8位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源 低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 4.3 系統(tǒng)顯示器選擇 采用4×4矩陣鍵盤顯示0-9數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)和功能鍵，功能鍵包括“確認(rèn)計(jì)算”、“清零”、“累加”和“去皮”。測(cè)量之前，按清零鍵，使重量和價(jià)格回零。然后輸入單價(jià)，按下“確認(rèn)計(jì)算”鍵，開始計(jì)算。當(dāng)結(jié)算結(jié)果超出設(shè)置定義量程范圍時(shí)，外部蜂鳴器和發(fā)光二極管指示燈實(shí)現(xiàn)超量程報(bào)警。 顯示電路采用LCD12864液晶顯示當(dāng)前的實(shí)時(shí)

25、稱重結(jié)果。打開電源，顯示屏顯示電子秤初始化界面，此時(shí)單價(jià)和重量為0，金額為空。通過數(shù)字鍵輸入單價(jià)，完成后按下“確認(rèn)計(jì)算”鍵，得到實(shí)際的稱重結(jié)果。 5 軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)HX711AD轉(zhuǎn)換結(jié)果和被測(cè)物體重量之間的關(guān)系，編寫該電子秤的輸出函數(shù)，實(shí)測(cè)的50g 范圍內(nèi)砝碼值和AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的關(guān)系曲線如圖5-1。 圖5-1砝碼質(zhì)量與AD轉(zhuǎn)換關(guān)系曲線 用MATLAB軟件對(duì)該組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而求出被測(cè)砝碼重量（單位：克）與HX711輸出AD數(shù)據(jù)函數(shù)關(guān)系為： y=(x-8.9545)/7.6891 其中，y為被測(cè)物體的實(shí)際重量（單位：克）,x為LCD12864實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。 為確保HX711輸出的結(jié)果

26、與實(shí)際重量高度一致，在用MATLAB處理數(shù)據(jù)時(shí)分段處理，在稱重0-50g、50g-200g、200g-500g的范圍內(nèi)分別求取擬合系數(shù)，這樣反算出的實(shí)際重量才盡可能精確。程序采用C語言編寫，編譯環(huán)境使用keil UV3軟件，總體流程如下。 ?? ? ? 開始 初始化 稱重 功能選擇 設(shè)置單價(jià) 計(jì)算總價(jià) LCD顯示 去皮 累加計(jì)算 結(jié)束 ? 圖5-2 系統(tǒng)總流程圖 6 系統(tǒng)測(cè)試與分析 6.1系統(tǒng)測(cè)試 整個(gè)系統(tǒng)大體由電阻應(yīng)變式稱重傳感器電路、放大及AD轉(zhuǎn)換電路、鍵盤顯示電路組成，將各部分電路連接起來，進(jìn)行整機(jī)調(diào)試。將被測(cè)物體（測(cè)試過程中用砝碼）放入秤盤測(cè)量，一方

27、面記錄所加砝碼重量值，另一方面記錄系統(tǒng)運(yùn)行的稱重結(jié)果，程序中采用分段式數(shù)據(jù)處理。 表2 測(cè)量0-50g范圍內(nèi)的重量（單位：克） 砝碼 0 5 10 15 20 測(cè)量 0.09 4.8 9.8 15.5 20.0 砝碼 25 30 35 40 45 測(cè)量 20.0 30.1 35.1 40.2 45.1 在程序初始化以后，啟動(dòng)稱重程序，在秤盤里加砝碼，當(dāng)所加砝碼在0-50g范圍內(nèi)，程序運(yùn)算的結(jié)果在LCD屏顯示的數(shù)據(jù)如表2所示，從表1可以看出，誤差在0.5g范圍以內(nèi)。 表3 測(cè)量50-100g范圍內(nèi)的重量(單位：克) 砝碼 50 60 70 100 140 測(cè)量 50.4 60.

28、4 70.8 100.6 139.9 砝碼 190 250 350 450 500 測(cè)量 190.5 250.6 351 450.3 499.8 在測(cè)量過程中，秤盤所加砝碼在50-500g范圍內(nèi)，程序運(yùn)算結(jié)果在LCD屏顯示結(jié)果如表3所示，誤差在1g范圍內(nèi)。 7 實(shí)物焊接 硬件電路的焊接也是至關(guān)重要的一部分，直接關(guān)系到最后的實(shí)物效果，所以焊接電路必須要細(xì)心。首先要把元器裝放在板子上，在進(jìn)行安裝元件的時(shí)候要遵循就近原則，比如在集成電路中，某要把元件和管腳進(jìn)行連接的時(shí)候，則必須在管腳附近進(jìn)行安裝，而且我們還要注意的一點(diǎn)是器件的正負(fù)。布局要合理、美觀，盡量簡潔，便于以后在調(diào)試過程中出現(xiàn)問題后

29、檢查電路。兩個(gè)點(diǎn)之間的連接可以直接連接，不需要相鄰的銅箔在電路板上的連接，使焊料直接安裝在相鄰的兩個(gè)銅箔上，提高了效率信號(hào)的輸入和輸出線要短，以減少干擾。元器件裝完后就是布線，布線時(shí)不能出現(xiàn)接線的疊加。焊接電子器件的時(shí)候，錫焊技術(shù)是一個(gè)最好的額選擇方式，而且原件引腳不能有虛焊、短路的現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)集成電路進(jìn)行安裝的時(shí)候，最好遵循下面的方式：先對(duì)地端、輸出端、電源端進(jìn)行焊接，再對(duì)輸入端進(jìn)行焊接，這樣的話元器件才能夠得到更好的保護(hù)。全部焊接完成后再把電路板對(duì)照原理圖進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)修改。 第五章 總結(jié) 在我選擇到此題目是，給我的第一感覺就是和日常的所熟悉的電子秤很相似，但是需要自己來

30、動(dòng)手設(shè)計(jì)就感覺沒有一絲頭緒，只能從借閱相關(guān)資料，然后對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有了一個(gè)全新的定義，所有的東西都要依靠實(shí)踐。通過結(jié)合以前的傳感器原理和單片機(jī)，自動(dòng)控制技術(shù)課本的翻閱，認(rèn)真熟讀傳感器那一部分，重新對(duì)應(yīng)變傳感解讀，并在網(wǎng)上學(xué)習(xí)他人經(jīng)驗(yàn)，請(qǐng)求老師的幫助，使我能夠完成此次設(shè)計(jì)。這也是對(duì)我所有大學(xué)課程的一個(gè)檢驗(yàn)，因?yàn)檫\(yùn)用到了很多的知識(shí)。這也是對(duì)自己復(fù)習(xí)的機(jī)會(huì)，當(dāng)再次拿起課本又是另一種感受和體驗(yàn)。 在設(shè)計(jì)中我們還運(yùn)用到了新的物件那就是xh711芯片，不僅要對(duì)其進(jìn)行一個(gè)全面的了解還要熟悉每個(gè)端口的作用，這就需要查閱大量的資料。也是在老師和同學(xué)的幫助下完成了原理圖。這對(duì)PROTEL繪圖軟件的掌握是一個(gè)極大地考

31、驗(yàn)，需要有耐心和認(rèn)真對(duì)待，稍有一點(diǎn)馬虎，就需要很長時(shí)間去尋找錯(cuò)誤并更正，最終才得到相應(yīng)的結(jié)果。在實(shí)物焊接過程中防止虛焊、漏焊、連焊等情況。 專業(yè)知識(shí)必須和軟件知識(shí)相結(jié)合，配合使用，軟件方面還有很大的提升空間。雖然花費(fèi)了很長的時(shí)間去學(xué)習(xí)軟件，但是自己也學(xué)習(xí)到了很多額知識(shí)，讓我們受益匪淺。 參考文獻(xiàn) [1]郁有文等.傳感器原理及工程應(yīng)用 [M].4版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2014. [2]賴壽宏.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：1版.機(jī)械工業(yè)出版社，1988. [3]楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].2版.北京：高等教育出版社，2009. [4]李廣第等.單片機(jī)基礎(chǔ) [M].北

32、京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.6. [5]王兆安等.電力電子技術(shù)[M]. 北京:5版. 機(jī)械工業(yè)出版社，2009.5. [6] 蘭羽，盧慶林．儀表放大器在激光外差玻璃測(cè)厚系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．國外電子測(cè)量技術(shù)，2012，19(9):186－187． [7] 范文兵，李浩亮.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社；2014,1. [8]于時(shí)亮，張友德編著.單片微機(jī)控制技術(shù)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1994. [9]李華主編，MCS-51系列單片機(jī)及實(shí)用接口技術(shù)[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1993. [10]吳勤勤主編,電動(dòng)控制儀表及裝置[M].上?；瘜W(xué)工業(yè)出版社

33、，1990. [11]王化祥，張淑英,傳感器應(yīng)用及原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，1991. [12]杜維,過程檢測(cè)技術(shù)及儀表[M].北京:中國電力出版社，1998. [13]張國雄主編.測(cè)控電路[M].天津:天津大學(xué)出版社，1996. [14]陳明熒.8051單片機(jī)基礎(chǔ)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2003. [15]李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003. [16]胡學(xué)軍.單片機(jī)與控制技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004. [17]張國香.電子電路問答[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [18]崔鳳英.串行A/D

34、在電子稱上的應(yīng)用[J].青島科技大學(xué)，2006. [19]李學(xué)磊.壓力傳感器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2001. 附錄A 附錄B程序 #include ＜reg52.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #include ＜intrins.h> //數(shù)碼管段選定義 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 uchar code smg_du[]={0x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0, 0x60,0x25,0x39,0x26

35、,0x31,0x71,0xff}; uchar code smg_we[]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; uchar dis_smg[8] = {0x28,0x28,0x28,0x28}; uchar smg_i = 4; //顯示數(shù)碼管的個(gè)位數(shù) sbit beep = P2^3; //蜂鳴器IO口定義 bit flag_lj_en; //按鍵連加使能 bit flag_lj_3_en; uchar key_time,key_value; bit key_500ms ; bit flag_300ms ; uchar menu_1; //菜單設(shè)計(jì)的變量 ui

36、nt t_high = 300; //上限報(bào)警值 sbit hx711_dout=P2^7; sbit hx711_sck=P2^6; long weight; unsigned long HX711_Buffer = 0; unsigned long Weight_Maopi = 0; uint temp,qi_weight; bit chaozhong_flag; bit leiji_flag; uchar flag_200ms ; #define GapValue 437.0 uint temp,qi_weight; bit chaozhong_flag; bi

37、t leiji_flag; /***********************1ms延時(shí)函數(shù)*****************************/ void delay_1ms(uint q) { uint i,j; for(i=0;i= smg_i) i = 0; P1 = 0xff; //消

38、隱 P3 = smg_we[i]; //位選 P1 = dis_smg[i]; //段選 } /*************定時(shí)器0初始化程序***************/ void time_init() { EA = 1; //開總中斷 TMOD = 0X01; //定時(shí)器0、定時(shí)器1工作方式1 ET0 = 1; //開定時(shí)器0中斷 TR0 = 1; //允許定時(shí)器0定時(shí) } /********************獨(dú)立按鍵程序*****************/ uchar key_can; //按鍵值 void key() //獨(dú)立按鍵程序 { sta

39、tic uchar key_new; key_can = 20; //按鍵值還原 P2 |= 0x07; if((P2 & 0x07) != 0x07) //按鍵按下 { if(key_500ms == 1) //連加 { key_500ms = 0; key_new = 1; } delay_1ms(1); //按鍵消抖動(dòng) if(((P2 & 0x07) != 0x07) && (key_new == 1)) { //確認(rèn)是按鍵按下 key_new = 0; switch(P2 & 0x07) { case 0x06: key_can = 3; break;

40、 case 0x05: key_can = 2; break; case 0x03: key_can = 1; break; } flag_lj_en = 1; //連加使能 } } else { if(key_new == 0) { key_new = 1; flag_lj_en = 0; //關(guān)閉連加使能 flag_lj_3_en = 0; //關(guān)閉3秒后使能 key_value = 0; //清零 key_time = 0; key_500ms = 0; } } } /****************按鍵處理數(shù)碼管顯示函數(shù)***************

41、/ void key_with() { if(key_can == 1) //設(shè)置鍵 { menu_1 ++; if(menu_1 >= 2) { menu_1 = 0; smg_i = 4; //數(shù)碼管顯示3位 flag_300ms = 1; } } if(menu_1 == 1) //設(shè)置高溫報(bào)警 { smg_i = 4; //數(shù)碼管顯示4位 if(key_can == 2) { if(flag_lj_3_en == 0) t_high += 10 ; else t_high += 100; if(t_high > 9990) t_high =

42、 9990; } if(key_can == 3) { if(flag_lj_3_en == 0) t_high -= 10 ; else t_high -= 100; if(t_high <= 10) t_high = 10; } dis_smg[0] = smg_du[t_high / 10 % 10]; dis_smg[1] = smg_du[t_high / 100 % 10] ; dis_smg[2] = smg_du[t_high / 1000 % 10] & 0xdf; dis_smg[3] = 0x64; //H } } /**********

43、******報(bào)警函數(shù)***************/ void clock_h_l() { static uchar value; if(weight >= t_high) { value ++; if(value >= 2) { beep = ~beep; //蜂鳴器報(bào)警 } } else { beep = 1; } } void Delay__hx711_us(void) { _nop_(); _nop_(); } unsigned long HX711_Read(void) //增益128 { unsigned long count; u

44、nsigned char i; hx711_sck=0; Delay__hx711_us(); hx711_dout=1; while(hx711_dout==0); for(i=0;i<24;i++) { hx711_sck=0; count=count＜＜1; hx711_sck=1; if(hx711_dout) count++; } hx711_sck=1; count=count^0x8000;//下降沿來時(shí)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) Delay__hx711_us(); hx711_sck=0; return(count); } void get_weight

45、() //獲取被測(cè)物體重量 { weight = HX711_Read(); weight = weight - Weight_Maopi; //獲取凈重 if(weight > 0) { weight = (unsigned int)((float)weight/GapValue); //計(jì)算實(shí)物的實(shí)際重量 } else { weight = 0; } } /****************主函數(shù)***************/ void main() { time_init(); //初始化定時(shí)器 while(1) { key(); //按鍵程序 i

46、f(key_can < 10) { key_with(); //設(shè)置報(bào)警壓力 } if(flag_300ms == 1) //300ms 處理一次壓力程序 { flag_300ms = 0; get_weight(); //獲取被測(cè)物體重量 if(weight ＜= 2) weight = 0; clock_h_l(); //報(bào)警函數(shù) if(menu_1 == 0) { smg_i = 4; dis_smg[0] = smg_du[weight % 10]; dis_smg[1] = smg_du[weight / 10 % 10] ; dis_smg[2] =

47、 smg_du[weight / 100 % 10] ; dis_smg[3] = smg_du[weight / 1000 % 10] & 0xdf; } } } } /*************定時(shí)器0中斷服務(wù)程序***************/ void time0_int() interrupt 1 { static uchar value; //定時(shí)2ms中斷一次 TH0 = 0xf8; TL0 = 0x30; //2ms display(); //數(shù)碼管顯示函數(shù) value++; if(value >= 100) { value = 0; flag_300ms = 1; } if(flag_lj_en == 1) //按下按鍵使能 { key_time ++; if(key_time >= 250) //500ms { key_time = 0; key_500ms = 1; //500ms key_value ++; if(key_value > 3) { key_value = 10; flag_lj_3_en = 1; //3次后1.5秒連加大些 } } } }