(完整word版)電子秤的設(shè)計與制作開題報告(word文檔良心出品)

1、CQWU/JL/JWB/ZY012-14畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告學(xué) 院：電子電氣工程學(xué)院年級：2011 級專業(yè)（班）：微電子制造工程 1班學(xué)號：201108071033學(xué)生姓名：甘清華指導(dǎo)教師：遐選論文題目：電子秤的設(shè)計與制作2014年11月12日重慶文理學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告論文題目電子秤的設(shè)計與制作系（院） 專業(yè)電子電氣工程學(xué)院 電子信息科學(xué)與技術(shù) （微電子制造工程）年級2011 級開題日期2014-11-23學(xué)號201108071033姓名甘清華指導(dǎo)教師譚菊1、選題目的和意義：1.1 選題目的：生活中，稱重系統(tǒng)無處不在，大小型超市以及各個市場都需要稱重。為了滿足生活中，各種 環(huán)

2、境對稱重的精度、量程的/、同要求，方便人們的生活，研究不同精度、量程的電子秤應(yīng)附于不 同行業(yè)是不可或缺的。通過研究并制作稱重量程為1-5kg ,精度為0.003kg的電子秤滿足生活使用的需求。1.2 選題意義：電子秤已經(jīng)廣泛運(yùn)用在日常生活中，是我們精確測量物體重量并顯現(xiàn)出來的一種衡器。幾乎稱重時都會用到，小到超市，菜場的稱重，大到工程中的稱重。電子秤主要特點(diǎn)是體積小，電路 比較簡單，應(yīng)用廣泛，有很多量程和精度可以選擇，滿足很多場合的要求。電子秤的應(yīng)用相比于傳統(tǒng)的利用杠杠原理制作的稱量儀器精度高得多，且用途更加廣泛，不會受到太大的限制。研究和制作一定精度的電子秤對人們生活中有著重要的意義?；趩?/p>

3、片機(jī)的電子秤的研究與設(shè)計對于電子秤的應(yīng)用也有著重要意義，能夠延伸其應(yīng)用范圍和擴(kuò)展單片機(jī)的理論知識。對衡器的研究也起到重要作用，可以推進(jìn)衡器的改進(jìn)與發(fā)展。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述：中國是發(fā)展中國家，在國際上，電子秤行業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比有1015年的差距。在我國，電子秤行業(yè)雖然得到了快速，穩(wěn)步的發(fā)展，但與國外的差距仍然較大，主要體現(xiàn)在科技創(chuàng)新及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展緩慢；關(guān)鍵核心技術(shù)匱乏；產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性得不到根本性解決。但在我國，隨著 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為了把稱重技術(shù)引入到生產(chǎn)過程中去，對稱重技術(shù)提出了新的要求，希望稱重過程自動化，為此電子技術(shù)滲入電子秤設(shè)計、制造業(yè)中。我國的衡器在20世紀(jì)40年代以前還全是機(jī)械式

4、的很笨重，很不方便。從 40年代開始發(fā)展了機(jī)電結(jié)合式的衡器。50年代開始出現(xiàn)了以稱重傳感器為核心的電子衡器。60年代初期出現(xiàn)了機(jī)電結(jié)合式電子衡器。80年代以來，我國通過自行研究進(jìn)行技術(shù)改造和自主創(chuàng)新。經(jīng)過40多年的不斷改進(jìn)與完善，我國電子衡器從最初的機(jī)電型發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字電子型和數(shù)字智能型。我國電子衡器的設(shè)計、 制造技術(shù)和檢測技術(shù)基本達(dá)到國際90年代中期的水平。已由傳統(tǒng)的機(jī)械式衡器步入集傳感器、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)一 體化的電子衡器的快速發(fā)展階段。楊東海在期刊水利電力機(jī)械中寫到，電子秤現(xiàn)在已被社會 所公認(rèn)，它能完成一般機(jī)械稱所不能實現(xiàn)的計量問題，所以電子秤的研究與開發(fā)越來越得到社會的重視。目

5、前，雖然國在電子秤測量精度上與外國產(chǎn)品相差一個數(shù)量級，但我國在電子秤研究方面也取得了很大成就。在第九屆稱重技術(shù)研討會中，張書芳提出的門座式起重機(jī)動態(tài)電子秤，主要應(yīng)用與大型動態(tài)稱重系統(tǒng)中。羅及紅在計算機(jī)測量與控制一書中發(fā)表了以DSP處理器TMS320LF2407為信息處理核心的高精度電子秤的設(shè)計，電子秤的各項性能均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)非 自動秤通用檢定規(guī)程 JJG555-1996規(guī)定的三級秤指標(biāo)。另外，國際電子秤產(chǎn)品已網(wǎng)絡(luò)化，我國基本上處在起步階段， 如上海三積電子有限公司的唐令第發(fā)表的網(wǎng)絡(luò)一體化的智能電子秤一書中，說明了其設(shè)計，并申請了專利。楊柯編寫的只能網(wǎng)絡(luò)電子計價秤也獲得了專利，說明 我國的電子秤

6、網(wǎng)絡(luò)化也在慢慢地發(fā)展。另外目前國內(nèi)的裝載機(jī)電子秤發(fā)展的一點(diǎn)也不遜色于國 外，無論是精度還是穩(wěn)定性上來說，都可以達(dá)到了國際先進(jìn)水平。從以上的一些資料不難看出， 我國的電子秤的發(fā)展正處于一個快速，穩(wěn)定的發(fā)展階段。而且也在朝著多方向， 高精度，網(wǎng)絡(luò)化，智能化的方向發(fā)展。 在不久的將來，我國的電子稱重技術(shù)不僅能夠趕上國際的水平，而且有些技術(shù)也能夠領(lǐng)先世界水平。在國外，電子秤很早就存在，而且發(fā)展速度很快。一些發(fā)達(dá)國家，如美國，德國，西歐，電子秤重已達(dá)到了很高的水平。特別是在準(zhǔn)確度和可靠性等方面有了很大的提高。特別是近30年以來，工藝流程中的現(xiàn)場稱重、配料定量稱重、以及產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測等工作，都離不開電子衡

7、器。這是由于電子衡器不僅給出質(zhì)量或重量信號，而且也能作為總系統(tǒng)中的一個單元承擔(dān)著控制和檢驗功能。隨著稱重傳感器各項性能的不斷突破，為電子秤的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，國外如美國、西歐 等一些國家在20世紀(jì)60年代就出現(xiàn)了 0.1%稱量準(zhǔn)確度的電子秤，并在70年代中期約對75%勺機(jī)械稱進(jìn)行了機(jī)電結(jié)合式改造。如今，外國的電子秤以發(fā)展到全電子化，智能化，網(wǎng)絡(luò)的階段。外國產(chǎn)智能化程度相當(dāng)高，通過對原始信息的數(shù)字處理，更好地排除了外部干擾對信息影響，提高了產(chǎn)品的耐環(huán)境性和測量真實性。而且電子秤產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化在國外已經(jīng)進(jìn)入實用階段。如今， 國外電子秤產(chǎn)品的品種和結(jié)構(gòu)又有創(chuàng)新，技術(shù)功能和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。例如：美國Re

8、vere公司研制出PUS型具有大氣壓補(bǔ)償功能的拉壓兩用的稱重裝置，精度可達(dá)5000d;德國HBM公司研制出的C2A、C16A兩種不能結(jié)構(gòu)的1-100t,具有耐壓外殼保護(hù)的防暴稱重裝置；美國斯凱梅公司研制出的新一代高精度不銹鋼F60X系列5-50000kg稱重裝置，用于濕度大，腐蝕性強(qiáng)的環(huán)境中，防水；德國賽特內(nèi)爾公司研制出以青銅為彈性體材料，快速稱重用200型稱重裝置，其線性好，固有頻率高，動態(tài)響應(yīng)快，精度達(dá)4000d。3、選題研究內(nèi)容：本設(shè)計以單片機(jī)AT89S52為控制核心，實現(xiàn)電子秤的基本策略及價格計算功能。該系統(tǒng)可以分為單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、人機(jī)交互界面系統(tǒng)、電源系統(tǒng)四大系統(tǒng)組成。

9、單片機(jī)最小 系統(tǒng)部分主要包括 AT89S52和經(jīng)典復(fù)位電路；數(shù)據(jù)采集部分由稱重傳感器，主要使用電阻應(yīng)變式傳感器，信號放大和 A/D轉(zhuǎn)換部分組成，信號放大和 A/D轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711實現(xiàn)；人機(jī)交互界面為鍵盤輸入和LCD液晶顯示，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)的硬件由下面的系統(tǒng)設(shè)計框圖組成。被測物體一I匚二 |壓力傳感器 - 1）信號采集超重報警LCD （顯示 模塊）A/D轉(zhuǎn)換器4*4矩陣鍵盤輸入圖1系統(tǒng)設(shè)計框圖3.1壓力傳感器：傳感器是測量機(jī)構(gòu)最重要的部件。稱重傳感器本身具有單調(diào)性，其主要參數(shù)指標(biāo)是靈敏度、 總誤差和溫度漂移。(1)靈敏度稱重傳感

10、器的電靈敏度為滿負(fù)荷輸出電壓與激勵電壓的比值，典型值是2mV/V。當(dāng)使用1.1 mV/V靈敏度和5 V激勵電壓的傳感器時，其滿度輸出電壓為 10 mV。通常，為了使用稱重傳 感器線性度最好的一段稱重范圍， 應(yīng)當(dāng)僅使用滿度范圍的三分之二。 因此滿度輸出電壓應(yīng)當(dāng)大約 為6mV。當(dāng)電子秤應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境時，在 6mV滿度范圍內(nèi)測量微小的信號變化并非易事。(2)總誤差總誤差是指輸出誤差和額定誤差的比值。 典型電子秤的總誤差指標(biāo)大約是 0.02%,這一技術(shù) 指標(biāo)相當(dāng)重要，它限制了使用理想信號調(diào)節(jié)電路所能達(dá)到的精確度，決定了 ADC分辨率的選擇 以及放大電路和濾波器的設(shè)計。(3)漂移稱重傳感器也產(chǎn)生與時間相

11、關(guān)的漂移。目前常用的稱重傳感器有電阻應(yīng)變式壓力傳感器、電容壓力傳感器、壓電式壓力傳感器。選用時應(yīng)按穩(wěn)定行、精度登記、壽命和安裝環(huán)境要求考慮，其主要特點(diǎn)如下：電容式壓力傳感器穩(wěn) 定性較差，精度和靈敏度較高，壽命較短，對環(huán)境要求苛刻，不易長距離傳輸；壓電式壓力傳感 器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度高，壽命長，但大量程的壓力傳感器尚待進(jìn)一步研究；電阻應(yīng)變式壓力傳感器穩(wěn)定性較好，精度和靈敏度較高，壽命較長，對測量環(huán)境要求不太嚴(yán)格。綜上所述，選用電阻應(yīng)變式壓力傳感器作為電子秤稱重傳感器是最為合適的。電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成， 內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，電

12、阻應(yīng)變片(轉(zhuǎn)換元件)受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化(增 大或減小)，從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng)的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。1.2 A/D轉(zhuǎn)換器：HX711采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī) 成本，提高了整機(jī)的性能和可靠性。 3.3單片機(jī)控制系統(tǒng)：單片機(jī)這里選用 STC89C52通過單片機(jī)編寫程序，讓單片機(jī)處理A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號和鍵盤控制電路的輸入信號，實現(xiàn)電子

13、秤的基本功能。STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS航微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程 STC89C5卻腳圖DIP封裝Flash存儲器。使用Atmel公司高 密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位CPU和在系統(tǒng) 可編程Flash ,使得STC89C5劾眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash , 256字節(jié)RAM 32位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷

14、結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模 式下，CPU停止工作，允許 RAM定日器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。所以這里 選用這款單片機(jī)。3.4 人機(jī)交互系統(tǒng)：通過4*4的矩陣鍵盤實現(xiàn)輸入單價、歸零、回刪等功能。矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理：在 鍵盤中按鍵數(shù)量較多時， 為了減少I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口(如

15、P1 口)就可以構(gòu)成4*4=16個按鍵，比直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別 越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵(9鍵)。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。通過LCD顯示物體的重量、單價以及總金額。LCD液晶顯示器是一種極低功耗顯示器，從電子表到計算器，從袖珍時儀表，到便攜式微型計算機(jī)以及一些文字處理機(jī)都廣泛利用了液晶顯示 器。3.5 報警系統(tǒng)：一個完美的電路設(shè)計，不但只是能夠保證系統(tǒng)能夠在正常條件下穩(wěn)定運(yùn)行，還要能夠使系統(tǒng)在非正常情況下向用戶發(fā)出警告，以便使用戶發(fā)現(xiàn)問題。為此，在設(shè)計系統(tǒng)后，又添加了報警部分電

16、路，當(dāng)傳感器檢測到的信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理后大于系統(tǒng)的稱重范圍時，發(fā)出報警信號。研究最終實現(xiàn)功能： 通過壓力傳感器獲取重量信息， 再將采集到的信息進(jìn)行放大， 利用A/D 轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號送入單片機(jī)進(jìn)行處理；單片機(jī)通過運(yùn)算和處理， 進(jìn)行相應(yīng)的控制，在此基礎(chǔ)上通過 4*4矩陣鍵盤操作，實現(xiàn) LCD顯示和超重報警；稱量范圍為 1-5kg, 測量精度要求達(dá)到 0.003kg。4、本選題研究技術(shù)路線、研究方法和要解決的關(guān)鍵問題4.1 研究技術(shù)路線：在整個設(shè)計中，人機(jī)交互系統(tǒng)非常重要。這里采用矩陣式鍵盤的按鍵識別方法：確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種“行掃描法”。行掃描法又稱為

17、逐行(或列)掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，判斷鍵盤中有無鍵按下將全部行線D0-D3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4根行線 相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平， 則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置 在 確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置 某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐列檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。在本系統(tǒng)中鍵盤采用矩陣式鍵盤并采用中斷工作方式。鍵盤為4*

18、4鍵盤，包括清零的按鈕，單價按鈕，刪除鍵，一個確認(rèn)按鈕。采用中斷工作方式提高了CPU的利用效率，沒鍵按下時沒有中斷請求，有鍵按下時，向CPU提出中斷請求，CPU響應(yīng)后執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷程序中才對鍵盤進(jìn)行掃描。4.2 研究方法：(1)調(diào)研文獻(xiàn)，收集數(shù)據(jù)以及國內(nèi)外文獻(xiàn)資料(2)進(jìn)行總體設(shè)計方案的論證及分析確定設(shè)計方案、參數(shù)和電路結(jié)構(gòu)(3)根據(jù)設(shè)計方案進(jìn)行硬件電路設(shè)計，確定電子元件型號設(shè)計電路原理圖繪制PCB電路圖(4)進(jìn)行軟件設(shè)計并進(jìn)行調(diào)試與仿真(5)進(jìn)行軟硬件結(jié)合調(diào)試測試電路性能并分析結(jié)果驗證系統(tǒng)實際效果進(jìn)一步修改完善系統(tǒng)4.3 要解決的關(guān)鍵問題：(1)實現(xiàn)精度為0.003kg,篩選使用高

19、精度的元器件(2)矩陣鍵盤實現(xiàn)輸入單價、歸零、回刪功能5、調(diào)研計劃及主要參考文獻(xiàn) 調(diào)研計劃：（一）文獻(xiàn)調(diào)研階段：2014年10月8日一2014年11月8日（一）確定設(shè)計方案階段：2014年10月8日一2014年11月8日（三）撰寫開題報告階段：2014年10月8日一2014年11月12日（四）實物制作與調(diào)試階段：2014年11月30日一2015年4月30日（五）論文初稿寫作階段：（六）論文修改階段：2015年4月30日前2015年3月1日一2015年4月30日（七）答辯：2015年5月16日一2015年5月17日主要參考文獻(xiàn)：1程林.超省電型電子秤的設(shè)計方案J.福建省計量科學(xué)技術(shù)研究所.200

20、8,（3）: 492王建華.敬大德，曹少飛.基于雙懸臂梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變測量傳感器研究J.傳感技術(shù) 報.2005,18（3）:5-83陳陽海.單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理（一）一單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)及AT89S5X系列單片機(jī)J.電子制作.2008, 1 （1）: 3194楊東海.國內(nèi)外電子秤的發(fā)展趨向及幾點(diǎn)看法J.水利電力機(jī)械.2009, 12 （11） :23285羅及紅.高精度電子秤的設(shè)計J.計算機(jī)測量與控制.2010, 18 （8）: 56646 AT89x5x PreliminaryJ. Atmel Crop.2008:1251397 Long Wen.Developing of High Accuracy and Low Capacity Strain Guge Based Load CELL for Electronic ScaleR.Jiansu changzhou.2009,15（3）:91998陳昌，王忠福.高精度稱重變送器設(shè)計J.中國儀器