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基于单片机的电子秤的方案设计

时间:2017-10-08 14:41   来源:http://www.shzrhq.com   访问量:

质量是测量领域中的一个重要参数,常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代,使得传统的电子测量仪 器在远距离、功能、精度及自动化水平等方面发生了巨大变化。作为重量测量仪器,智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确,测 量速度快,易于实时测量和监控的巨大优点,并开始逐渐取代传统塑的机械杠杆测量秤,成为测量领域的主流产品。本文设计的电子秤以单片机为主要部件,用C语言进行软件设计,硬件则以应变片式电阻传感器为主,测量03kg质量的物品,并有阈值报警的功 能。称重传感器输出的电量是模拟量,数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围,所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整 形滤波等处理。然后,A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示。其数据显示部分采用LED显示,成本低且能很好地实现 所要求的功能

一、主要任务

该课题中称重是最基本功能,实现重量的测量,并在数字显示部分 显示测量的重量。超重报警功能是,如果所称物品重量超过电子秤的 量程,也就是3kg,则扬声器发出蜂鸣声。

二、方案论证

1、主控电路的设计

ATB9S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位单片机,片内含8KB ISP (In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储 器、该器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造、兼容标准 MCS-51指令系统及80C51引脚结构。片内集成了通用的8CPU ISP Flash为存储单元,可为众多嵌人式控制应用系统提供高灵活、高性 价比的解决方案。智能数字芯片逻辑功能测试仪的核心部件采用单片 机进行控制,程序烧写进单片机后,与简单的外围电路配合即可达到使 用者的要求,并且,功能若要增加,改写程序即可,无须更改硬件。

电子秤的主控电路由AT89S52和晶振以及复位开关组成,晶振的 作用是启动单片机AT89S52,复位开关在变换称重物体时使用,每变换 一次称重的物体就要按下一次复位开关,使单片机复位清零,重新开始 称重。程序写在单片机中,控制整个电路工作。

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2、称重功能

方案一:采用电容传感器进行称重。电容传感器具有结构简单、灵 敏度高、动态特性好、无接触测量、分辨力强、适应性强和抗干扰力强等 优点,最大特点是价格便宜,但它的主要缺点是电容量一般很小,仅几 十至几百皮法,甚至只有几个皮法,环境变化将影响电容量发生变化, 因而应用受到一定程度的限制。在电子称重技术的应用中,可将电子 线路紧靠传感器的极板以减小电缆分布电容的影响,利用微处理技术 对电容式传感器的温度特性和非线性特性进行补偿。电容值的直接测 量非常困难,因此,系统将不易测量的电容变化量转换成易于测量的频 率信号的变化量,实现较为困难,因此不选此方案。

方案二 :采用应变片式电阻传感器进行称重。电阻应变片是一种 将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式 应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻 应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属 箱状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产 生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产 生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变 化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片 都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电 (通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。此方案较容易实现,最 终选择此方案

3、显示功能

方案一:使用液晶显示,如果我们只需要显示数字可以选择字符型 液晶,但是液晶在控制方面比较复杂,规格繁多、接口方面不易选择,价 格比较昂贵。所以此课题没有选择该方案。

方案二:使用数码管显示,因为我们只需要显示数字且没有什么特 殊的要求。基于数码管的价格便宜,使用方便,易于控制等特点所以采 用了该方案。

4、前级放大功能

压力传感器输出的电压信号为毫伏级,所以对运算放大器要求很 高。我们考虑可以采用以下几种方案可以采用

方案一:利用普通低温漂移运算放大器构成多级放大器。

普通低温漂移运算放大器构成多级放大器会引人大量噪声。由于 A/D转换器需要很高的精度,所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最 后的测量精度。所以,此种方案不宜采用。

方案二:由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。

差动放大器具有高输入阻抗,增益高的特点,可以利用普通运放 (OP07)做成一个差动放大器。

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电阻R1R2电容C1C2C3C4用于滤除前级的噪声,C1C2为普 通小电容,可以滤除高频干扰,C3C4为大的电解电容,主要用于滤除 低频噪声。

优点:输入级加入射随放大器,增大了输入阻抗,中间级为差动放 大电路,滑动变阻器R6可以调节输出零点,最后一级可以用于微调放 大倍数,使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器,所以输出电阻 不是很大,比较符合应用要求。

缺点:此电路要求R3R4相等,误差将会影响输出精度,难度较 大。实际测量,每一级运放都会引人较大噪声。对精度影响较大。

方案三:采用专用仪表放大器,如:INA126INA121等。

此类芯片内部采用差动输入,共模抑制比高,差模输入阻抗大,增 益高,精度也非常好,且外部接口简单。

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放大器增益云网客6.jpg .通过改变Rg的大小来改变放大器的 kg

增益。

基于以上分析,我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表 放大器INA126

基于单片机的电子秤的方案设计是源于我们生活中的一个课题, 该课题所实现的功能及性能已经广泛的运用于生活和生产实际中,随 着电子设计自动化技术的进展,由于电子秤精度高,易操作,电子秤的 应用将会越来越广泛,最后将完全取代杆秤等非电子秤。电子秤也将 向精度更高的方向发展,适应不同的需要,它可以发展为更加简便易携 带的家庭用手提电子秤,工业用电子秤也会向着量程越来越大,且价格相对降低的方向发展,为人们的生产和生活提供更多的便利。

 


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