基于单片机的电子秤设计和实现 电气自动化专业.docx

摘 要 本文设计了一种以51单片机来进行控制的电子秤系统，系统的电路部分由以下几个电路模块组成：数据采集和数据处理电路、模数转换电路、LED及蜂鸣器报警电路、最小系统电路、液晶显示电路、矩阵按键电路等。接通电源后，单片机会把压力传感器输入的小信号进行放大处理及模数转换，通过按键设置单价在LCD1602上显示物体总价信息。 对于硬件设计部分，我们本着低成本，高效率，系统稳定可行的指导方针选取了一些实用的元器件进行设计。而软件设计则采用模块化的设计方法，争取把软件设计得方便可读易操作。文中还详细分析了应变式压力传感器在重量测量上的应用及其使用的原理，而HX711作为一个高精度的24位A/D转换器如何在模数转换的过程如何运作也有相应的介绍。当然，这次设计的结果能够得到预期的效果也离不开其他各部分电路的相辅相成，我们也对一些配合电路做了简单介绍。仿真部分则为我们的设计是否合理进行了初步验证。最后，我们完成了实际电路的焊接，使得理论有了实物作为支撑，整个设计能够正常实现功能。 关键词：51单片机；电子称；压力传感器；模数转换；模块化设计 ABSTRACT The paper introduce a kind of electronic weighing system which based on Single-chip Microcomputer.At the beginning,some basic methods about MCU like the internal configuration ,working principle and how to program are introduced. Then ,how to measure an object using a strain type pressure transducer is introduced .Several circuit modules are contained in the design such as data acquisition and data processing circuit, analog to digital conversion circuit, LED and buzzer alarm circuit, minimum system circuit, LCD display module, matrix keyboard circuit, etc.When pressing the button , the detection is begun.the weak analog signal coming from the sensor will be amplified and converted into digital signal.Finally ,the processed signals will be transmitted to the microcomputer . the price is set by pressing different buttons and total price will be shown on the LCD1602. The hardware is designed to be stable,feasible and inexpensive,which will make the design better to be accepted.The software uses modular design.The principle and advantages of the application of the strain gauge pressure sensor to the weight measurement and the application of HX711 to the analog to digital conversion are analyzed in detail.The composition and working characteristics of other circuits are described as well.The feasibility of the circuit is verified by simulation. Finally, the design of the physical circuit is completed, which makes the expected results of the project be realized. Key words: 51 single chip microcomputer; electronic scale；strain pressure sensor; AD conversion; modular design; . 目 录 1 引 言 1 1.1 课题研究的意义 1 1.2 电子秤的发展现状 1 1.3 设计内容和章节安排 2 2 单片机简介 3 2.1 单片机内部结构 3 2.2 单片机特点及引脚介绍 5 2.3 单片机中断系统 7 2.4 单片机最小系统 8 2.5 编程语言 9 2.5.1 汇编语言 9 2.5.2 C51语言 9 3 单片机外围电路介绍 10 3.1称重传感器介绍 10 3.2 LCD1602液晶显示屏 12 3.3 AD转换模块HX711 14 4 硬件电路设计 16 4.1 硬件电路总框图设计 16 4.2 数据采集电路设计 17 4.3 最小系统电路设计 18 4.4 矩阵键盘电路设计 19 4.5 LCD1602显示电路设计 20 4.6 报警电路设计 21 4.7 硬件电路原理总图 22 5 软件设计 23 5.1主程序流程图 24 5.2键盘扫描程序 24 5.3 HX711读取程序 25 5.4 LCD1602写操作程序 26 6 系统调试 26 6.1 硬件调试 27 6.2 软件调试 27 7 总结及展望 28 参考文献 30 致 谢 31 IV 1 引 言 1.1 课题研究的意义 电子秤是一种利用杠杆平衡原理或根据胡克定理制成的衡器。它与我们的生活息息相关，它被广泛运用到工业生产和个人活动中。对物体质量的精确测量能够帮我们计算物体价格，了解物体质量的变化从而获取某种需要的信息。各种社会生产活动、科学研究、商品交易、国防建设事业、国计民生等都少不了它的身影。它作为一种不可缺少的计量设备，直接标志着衡器产品技术的好坏，如果它的测量水平得到提高，社会效益和各行各业的科技水平都会显著增加。精度对评判一个电子秤的优劣是十分重要的，当然对于不同的用途有不同精度要求，我们也不能一味的追求精度而忽视了价格。在工业生产或科学研究中，精度越高，往往与公司利益和研究水平的高低有直接关系。 现在市场上的秤样式繁多，对于传统的度量工具如盘秤、杆秤等，存在着测量精度不高，测量过程复杂，读值不方便，甚至存在不法商贩动手脚等问题。现在市场上，电子秤产品的总体水平普遍不高，存在运行不可靠，成本高，校正时间长，能源消耗大等问题。因此，可以从技术上解决上述难题，设计出一个简单高效的电子秤系统，具有一定的现实意义。我们将要设计的电子秤精度达到1g,精度等级比较高。对生活中小物体的精确测量具有一定的使用价值。相较于以往的机械秤而言，在外观、智能性、便携性上都有更大的优势。 本课题的研究使学生们把在课堂上学到的理论知识和生活实际情况紧密结合起来，制作出一个具有多种功能的电子称系统，增强了学生们的动手能力，巩固学到的各种知识，增加了以后工作中的工程经验。在这个设计过程中，同学们通过多种渠道获得并搜集整理所需信息，使学生们具备初步的科研精神，在以后的科研工作中变得更加求实、严谨、负责，并且掌握了论文撰写的基本方法。 1.2 电子秤的发展现状 这几年里，测量方面的电子仪器在数据处理以及过程的控制中得到了广泛的应用。上世纪40年代前，我国电子衡器还处于机械式的状态，直到40年代后期才开始了机械与电子技术结合的趋势。50年代才把称重传感器作为测量的主要方式来制作电子衡器。正是因为制作称重传感器的技术不断地发展和进步，才使得电子秤的发展有了不断进步的可能。现代社会，称重技术已是各种技术领域中必不可少的一个环节。不得不说，电子技术的快速发展促进了人类社会的现代化的进程，电子秤技术自20世纪开始得到迅猛发展，我国电子秤技术也取得了长足发展。 国内在上世纪60年代左右才开始从事研究和生产电子秤，早期的技术发展比较缓慢，生产的是指针式的电子秤。到了80年代中后期，数字式的才渐渐开始普及开来。到了上世纪末本世纪初的时候，才研制出微机式的电子秤。总的来说，发展程度与其它发达国家相比还比较落后，但在某些产品上也具有某些超高的水平。称重技术在发达国家的发展水平已经达到了一个较高的程度，它的产品种类多、发展规模大、产品的性能都比较好。研制成的产品具有稳定性好，准确度高，可靠程度高的特点。我国的称重技术要达到发达国家的水平，还需要从多个环节进行改善[1]。 在未来的发展中将呈现小型化、模块化、高精度、集成化、智能化、综合化、组合性的发展趋势。一个东西发展的过程就是人们对它要求越来越高的过程。只有物美价廉才符合大众的需求。电子称重技术的发展也是如此，它也是不断从模拟、单参数、静态测量向数字、多参数、动态测量转变的。这是对于称重方面的技术来说，现代社会，只有不断地发展融合相邻学科和行业的知识，才能发展出更广阔的空间，具备更强的竞争力。能够快速动态地测量物体的重量在实际生产生活中具有重要价值。总之，电子称重技术在现代社会中有着不可替代的作用并将继续影响着人们的生活。相信未来的称重技术将更加的先进，为以后的生产生活带来更多的便利。 1.3 设计内容和章节安排 这次设计的电子秤系统主要是以51单片机为基础来展开的。其中用到的51单片机为STC89C51，用到的传感器是电阻应变式压力传感器。我们通过压力传感器将物体的重量转变成电压差进行采集来获取重量信息，然后将这个电压信号进行模数转换后输送到单片机的IO接口上等待单片机的处理，最后通过液晶显示出来. 使用时把物体放到称重支架上，把变化的信号滤波、放大、整形等系列处理后，单片机会将输入的信号进行判断和计算。最终把设置的单价，计算的金额以及称重的结果显示在液晶屏上，方便我们查看读数[2]。 该电子秤系统不仅能够采集压力的大小，还具备了单价输入，金额累计，去皮及校准等功能，通过按键可以设置相应的单价，单片机将自动获取物体的重量并且计算总金额。因为传感器的称重限制，我们设计了报警功能让蜂鸣器和灯能够发出超重示警，引起人们的注意，以防传感器被损坏掉。校准功能则是通过改变标准的按键来实现的，每次校准后，就会按照被修改的值进行计算，从而得到相应校准后的结果[3]。 在这整个设计过程中，我们硬件设计能力和软件编程能力将得到充分的锻炼。在设计的前期，我们需要查询各种文献资料，通过不断地筛选和整理设计出符合我们需要的电路原理图。有了硬件电路的模型后，就要开始软件的设计，这才是让硬件部分能够真正的运作起来的主要部分。软件设计的过程中当然少不了仿真软件的使用，这是我们的软件能否具有可实施性的主要依据。当理论部分完成后，就要开始真刀真枪的演练了，我们要完成实物电路并调试最终达到设计的效果。 论文共分为七个部分讲述了整个设计过程。在第一部分主要介绍了电子秤在国内外的研究现状和其发展历程，同时对毕业设计做了一个基本的介绍；第二部分详细地介绍了单片机内部的一些结构和功能以及使用的编程语言；第三部分主要对此次