基于单片机的电子称设计(2)

第二章 电子称系统的介绍

2.1电子称系统设计总体介绍

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，电子称系统设计总体方案框图如图2-1所示。

图2-1 电子称系统设计总体方案框图

测量部分是利用压力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。控制器部分即单片机接受来自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,并将其存储到存储单元中。单片机还可以通过对扩展I/O，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。数据显示部分即LCD显示根据需要实现显示功能。

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－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AT89S52单片机处理，单片机不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内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。运算结果送到内存贮器，实时显示时，CPU 发出指令，从内存贮器中读出送到显示器上显示。信号的放大、滤波、A/D 转换以及信号各种运算处理都在前端与单片机中完成。

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2.2系统方案论证

本系统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及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。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内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。

方案一MCS-51单片机，MCS-51单片机的主要特点： （1）8位CPU

（2）4kbytes 程序存储器(ROM) （3）128bytes的数据存储器(RAM) （4）32条I/O口线

（5） 111条指令，大部分为单字节指令 （6）21个专用寄存器 （7）2个可编程定时/计数器 （8）5个中断源，2个优先级 （9） 一个全双工串行通信口

（10）外部数据存储器寻址空间为64kB （11）逻辑操作位寻址功能 方案二 使用AT89S52单片机 AT89S52单片机它的主要特点: (1)与MCS一51系列单片机完全兼容。

(2)有sk字节的片内FLASH存储器，可擦写1000次。 (3)工作电压范围4.OV一5.5V。 (4)有256字节内部数据存储器。

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(5)有32个可编程1/0口。 (6)有3个16位的定时/计数器。 (7)有8个中断源。

(8)有一个全双工串行通讯口，可以实现单片机和其它设备之间的串行数据传输。 (9)有低功耗的空闲工作模式和调电工组模式。

(10)可以以中断方式从空闲状态下恢复为正常工作状态。 (11)片内有看门狗。 (12)具有双数据指针。 (13)具有掉电标志位。

本文选择了AT89S52单片机作为系统的微处理器。AT89S52与MCS-51 相比主要有两大优势：

第一，片内存储器采用闪速存储器，使程序写入更加方便； 第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。

本系统选择的主控芯片AT89S52，在前端设计中,配以电阻应变式传感器和AD574, 外围附以称重电路、显示电路、报警电路、键盘电路等构成智能称重系统电路板，从而实现自动称重系统的控制功能，此设计所完成的电子称很大程度上满足了应用的需求。 2.3 键盘模块的方案选择

由于电子秤需要设置单价（十个数字键），还具有确认、删除等功能，总共需设置 17 个键（包括一个复位键）。键盘的扩展有使用以下方案： 采用矩阵式键盘：矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线，一组列线，按键放在行线和列线的交叉点上。图2-4给出了一个4×4 的矩阵键盘结构的键盘接口电路，图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。4×4 矩阵式键盘共可以安装16 个键，但只需要8 条测试线。当键盘的数量大于8 时，一般都采用矩阵式键盘。

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图2-2 矩阵式键盘

结合本设计的实际要求，16 个按键使用4×4 矩阵式键盘，另外一个复位键使用独立式按键实现。 2.4 显示模块的方案选择

数据显示是电子秤的一项重要功能，是人机交换的主要组成部分，它可以将测量电路测得的数据经过微处理器处理后直观的显示出来。数据显示部分可以有以下两种方案供选择： 方案一： LED 数码管显示。 方案二： LCD 液晶显示。

LCD 液晶显示器是一种极低功耗显示器，从电子表到计算器，从袖珍时仪表到便携式微型计算机以及一些文字处理机都广泛利用了液晶显示器。本设计中选用LCD液晶显示。

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第三章 电子称系统前端方案论证

3.1前端设计工作原理

前端设计主要包括称重传感器，放大电路，A/D转换器等。如图3-1所示：

图3-1 前端设计原理框

称重传感器检测压力信号后送至放大电路，而后经放大电路处理后，送A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。最后由单片机接受来自A/D转换器输出的数字信号进行处理。 3.2 传感器的选型

在电子称前端设计中,传感器是一个十分重要的元件,因此对传感器的选择也显的特别的重要, 不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等. 传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。其公式如下： C＝K0×K1×K2×K3×(Wmax＋W)/N （3.1）

C—单个传感器的额定量程；W—秤体自重；

Wmax—被称物体净重的最大值；N—秤体所采用支撑点的数量； K0—保险系数，一般取值在1.2～1.3 之间；K1—冲击系数； K2 —秤体的重心偏移系数；K3—风压系数。

本设计要求称重范围0～5kg，重量误差不大于 0.01kg，根据传感器量程计算

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