基于壓力傳感器的電子秤設(shè)計(jì)

1、傳感器及測試技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題名稱：基于壓力傳感器的電子秤設(shè)計(jì)小組成員：姓名： 學(xué)號(hào)： 班級： 指導(dǎo)教師： 說明： 為滿足實(shí)用電子稱的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了各單元電路方案的比較論證及確定統(tǒng)以at89s52控制核心，選用了壓力傳感器，該傳感器靈敏度高、線性度和復(fù)性好；對于關(guān)鍵的adc，經(jīng)過充分比較、論證，最終選用了高分辨率信號(hào)調(diào)理adc-ad7714，該芯片內(nèi)集成了緩沖器、時(shí)鐘發(fā)生器、可編程增益放大器、數(shù)字濾波器、-調(diào)制器以及電荷平衡式/轉(zhuǎn)換器等電路，由于7714采用了-技術(shù)實(shí)現(xiàn)/轉(zhuǎn)換，具有線性度好、功耗低、增益可編程，無須前端信號(hào)調(diào)理等優(yōu)點(diǎn)；系統(tǒng)選用ds12c887作為日歷時(shí)鐘芯片，并存儲(chǔ)標(biāo)定系數(shù)，8

2、279作為鍵盤管理芯片，采用內(nèi)藏顯示控制器t6963c的點(diǎn)陣圖形式顯示器mgls-240128t，接口簡單，編程容易，美觀大方。最后的實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，不但完成了基本要求，發(fā)揮部分的要求，還增加了標(biāo)定、時(shí)鐘和過載提示三個(gè)創(chuàng)新功能。1 設(shè)計(jì)方案包括基本要求，發(fā)揮部分及其它創(chuàng)新部分1.1 基本要求（1）能用簡易鍵盤設(shè)置單價(jià)，加重后能同時(shí)顯示重量、金額和單價(jià)；（2）重量顯示：單位為公斤；最大稱重為9.999公斤，重量誤差不大于0.005公斤；（3）單價(jià)金額及總價(jià)金額顯示：單價(jià)金額和總價(jià)金額的單位為元，最大金額數(shù)值為9999.99元，總價(jià)金額誤差不大于0.01元；（4）具有去皮功能和總

3、額累加計(jì)算功能。1.2 發(fā)揮部分能顯示購物清單，自擬10種商品名稱或代號(hào)，清單內(nèi)容包括：商品名稱，數(shù)量，單價(jià)，金額，本次購物總金額。（1）清單內(nèi)容的商品名稱等可使用代號(hào)顯示；（2）清單內(nèi)容增加購貨日期和收銀員編號(hào)；（3）清單內(nèi)容在（2）的基礎(chǔ)上增加售貨單位名稱，且全部內(nèi)容采用中文顯示。1.3 創(chuàng)新部分 在完成基本要求和題目所提出的發(fā)揮部分要求的情況下，考慮到電子稱實(shí)際應(yīng)用的需要，又增加了標(biāo)定和時(shí)鐘功能，另外由于實(shí)際當(dāng)中，稱可以有一定量的過載，但不能超出要求的范圍，為此我們還設(shè)計(jì)了過載提示功能。2 單元電路的方案論證與電路參數(shù)計(jì)算本系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)實(shí)用電子稱，能稱重、計(jì)價(jià)、匯總，并能顯示購

4、物清單、日期等。根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求畫出的系統(tǒng)總體電路框圖如圖1所示。中央處理單元信號(hào)放大調(diào)理電路壓力傳感器點(diǎn)陣式lcd模/轉(zhuǎn)換時(shí)鐘芯片電源電路簡易鍵盤圖1 系統(tǒng)總體框圖21 a/d轉(zhuǎn)換器選擇a/d轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，這一部分處理不好，會(huì)使得整個(gè)設(shè)計(jì)毫無意義。按設(shè)計(jì)要求：電子稱最大稱重為9.999公斤，重量誤差不能大于0.005公斤。我們的理解是滿刻度時(shí)，只能有5g的誤差，精度要求較高，為0.05%。a/d轉(zhuǎn)換器位數(shù)的選擇：傳感器的靈敏度僅為1.80.08 mv/v，在加上5v激勵(lì)后，實(shí)測輸出僅17mv。 按上述精度要求，a/d轉(zhuǎn)換后，每位代表的重量不應(yīng)高于：，所以至少需要n11位adc(其

5、分辨率為)，考慮前向通道中，傳感器、信號(hào)放大及調(diào)理電路等的精度損失，選用的ad至少需要比計(jì)算高出2位以上，即至少需要14位的adc，因此，常用的12位逐次比較式的ad574a、max197及4位半雙積分式的tlc7135都不能滿足要求。方案：選用高分辨率信號(hào)調(diào)理adc經(jīng)過多方比較、論證，最終，我們選擇了美國ad公司推出的一款24位分辨率的多路信號(hào)調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ad7714。該芯片內(nèi)集成了緩沖器、時(shí)鐘發(fā)生器、可編程增益放大器、數(shù)字濾波器、-調(diào)制器以及電荷平衡式/轉(zhuǎn)換器等電路，由于7714采用了-技術(shù)實(shí)現(xiàn)/轉(zhuǎn)換，使它更加不受噪聲環(huán)境的影響, 具有線性度好、功耗低、增益g=1128可編程，無須前端

6、信號(hào)調(diào)理、可編程低通濾波器截止頻率等優(yōu)良特性，非常適合于工業(yè)過程控制及便攜式儀器應(yīng)用中溫度、壓力等高精度測量。adc與at89s52的接口電路如圖2所示，非常簡單。22 液晶顯示電路 按題目要求，和實(shí)用的角度來說，顯示部分最好是選用液晶顯示器。液晶顯示器有段式、點(diǎn)陣字符式、點(diǎn)陣圖形式等幾種。我們選擇了平常訓(xùn)練時(shí)采用的點(diǎn)陣圖形式顯示器，型號(hào)為mgls-240128t,內(nèi)藏顯示控制器t6963c。雖不含字庫，但接口簡單，編程容易，美觀大方。當(dāng)然，從實(shí)用的角度講，應(yīng)選擇細(xì)長型的較好。液晶顯示器與mcu的接口如圖3所示。圖2 ad7714與at89s52的接口電路 圖3 液晶顯示器與mcu的接口23

7、鍵盤電路由于電子稱需要設(shè)置單價(jià)（需一個(gè)設(shè)置鍵和十個(gè)數(shù)字鍵），還具有去皮、累計(jì)、標(biāo)定、結(jié)算、確認(rèn)、刪除等功能，總共需設(shè)置18個(gè)鍵（包括一個(gè)復(fù)位鍵）?？紤]到單片機(jī)外圍電路多，需要處理的任務(wù)多，為減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，又使得鍵盤操作簡單可靠，我們采用了鍵盤管理芯片8279，由于這是一種常用電路，它與單片機(jī)的接口電路不再贅述。24 日歷時(shí)鐘電路按發(fā)揮部分的要求，需要顯示購貨日期。最簡單的辦法是在電路中增加了一顆日歷時(shí)鐘芯片。既有串行接口的，如ds1302等，但他們往往需要外加電池，保證系統(tǒng)失電時(shí)保存數(shù)據(jù)，編程較麻煩；也有并行接口的，與ram使用同一個(gè)插座，我們選用的是自帶鋰電池，解決了y2k問題的ds12

8、c887，它內(nèi)部還具有114個(gè)ram可供系統(tǒng)在調(diào)電后存儲(chǔ)標(biāo)定系數(shù)等數(shù)據(jù)。與mcu的接口電路如圖4所示。圖4 ds12c887與mcu的接口電路26 電源電路 系統(tǒng)需要5v電源，傳感器需要5v以上或10v以上的線性電源（不能用開關(guān)電源，否則稱重?cái)?shù)據(jù)不穩(wěn)定）。我們買了一塊廉價(jià)的，具有5v，12v輸出的開關(guān)電源，5v直接作為數(shù)字電源，5v 由12v 通過lm7805和 lm7905進(jìn)行dc/dc變換得到，效果非常好，物美又價(jià)廉。3 軟件設(shè)計(jì)31 軟件所實(shí)現(xiàn)的功能 稱重 計(jì)價(jià) 累計(jì)，去皮 標(biāo)定 鍵盤、顯示 匯總32 軟件流程系統(tǒng)的主程序流程框圖如圖5所示。開 始系統(tǒng)初始化顯示主界面，讀標(biāo)定系數(shù)稱重及數(shù)

9、據(jù)處理顯示日歷時(shí)鐘讀8279，判鍵有鍵嗎？ny設(shè)置單價(jià)用數(shù)字鍵輸入，并可修改確認(rèn)去皮即清零累計(jì)金額 求和標(biāo)定用1000克的砝碼標(biāo)匯總顯示匯總界面顯示收銀員編號(hào)顯示日期顯示 商品名稱等顯示總金額圖7 系統(tǒng)的主程序流程框圖4測試方法與儀表41 測試儀表4位半數(shù)字萬用表(mastech my-65)，雙蹤示波器(yb4325)，從1g到1000g的砝碼（兩套），計(jì)算器42 操作方法u 把傳感器放平，接通電源，顯示主界面，預(yù)熱30分鐘內(nèi)，零點(diǎn)有漂移屬正常；u 如果空稱時(shí)顯示不為零，可按去皮鍵清零；如需去除器皿皮重，先按去皮鍵，再在器皿上放物件，則顯示凈重；u 第一次使用或較長時(shí)間未用，則需用砝碼標(biāo)定；

10、u 如果物價(jià)重量超出測量范圍，顯示over!以示警告；u 單價(jià)設(shè)置時(shí)，先按設(shè)置鍵，再用數(shù)字鍵輸入單價(jià)，可使用刪除鍵修改。43 測試方法u 電子稱放平，預(yù)熱30分鐘以上；u 把1g到10000g的砝碼往稱上放，讀取顯示重量；u 設(shè)置單價(jià)，當(dāng)物件重量變化時(shí)，讀取相應(yīng)的金額；u 使用累計(jì)功能，讀取總金額；u 用1000g的砝碼標(biāo)稱，標(biāo)定功能；u 使用匯總功能。4 4 測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析u 測試數(shù)據(jù) 按照操作方法，在實(shí)驗(yàn)室對1g到10000g的砝碼進(jìn)行測試,從小到大，然后從大到小，間隔一定時(shí)間，共測量10個(gè)來回，共20次；u 測試結(jié)果及分析 表一：重量測試結(jié)果與誤差分析實(shí)際重量測示重量絕對誤差相對

11、誤差0.001kg2kg0. 001|1.999010%100%3kg2.9990.0010.033%4kg3.9990.0010.025%5kg4.9980.0020.04%表二：單價(jià)金額計(jì)算誤差分析(隨機(jī)重量和單價(jià))實(shí)際重量單價(jià)（元）實(shí)際金額顯示金額0.200kg126.0024.624.60.199kg15.323.053.040.500kg68.1634.0834.081.000kg3.563.563.565 結(jié)語通過測試，系統(tǒng)完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，不但完成了基本要求，發(fā)揮部分的要求，并增加了標(biāo)定、時(shí)鐘和過載提示三個(gè)創(chuàng)新功能。我們自己也得到了很好的鍛煉。6參考文獻(xiàn)1 余永權(quán). flash 單片機(jī)原理及應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，19972 王福瑞等編著。單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全。北京航空航天大學(xué)出版社，19993 李華。mcs-51系列單片機(jī)使用接