多功能電子秤設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 摘要摘要1233隨著時代科技的迅猛發(fā)展，常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，人們生活水品也更進一步的有所提高。智能化的電子產(chǎn)品自然也得到了越來越多人的喜愛，而多功能電子秤具有結(jié)構(gòu)體積小、測量的精度較高、擁有廣泛的應(yīng)用范圍、機械操作起來簡便易懂等優(yōu)點，基本取代了以杠桿平衡為原理的傳統(tǒng)機械式稱量器具。本設(shè)計介紹了該系統(tǒng)實現(xiàn)方法，通過lcd顯示器顯示所測重量以及當(dāng)前選擇的功能。該課題的設(shè)計主要由stc89c52單片機、重量測量模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808、單片機的外圍接口電路：4*4矩陣掃描按鍵以及l(fā)cd1602液晶屏幕顯示五部分組成。本系統(tǒng)比傳統(tǒng)測量更

2、具有準(zhǔn)確性和直觀性，具有一定的實際推廣性。關(guān)鍵字：壓力傳感器；stc89c52單片機；adc0808；lcd160231 目錄第一章 緒論1.1課題目地與意義1.2國內(nèi)外多功能電子秤的發(fā)展與現(xiàn)狀1.3主要工作及設(shè)計思路第二章 硬件設(shè)計2.1工作原理2.2系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.3控制器部分2.4數(shù)據(jù)采集部分2.5鍵盤處理部分2.6顯示電路部分2.7報警部分第三章 具體電路設(shè)計3.1at89c52的最小系統(tǒng)電路3.2數(shù)據(jù)采集部分電路設(shè)計3.3顯示電路與at89c52單片機接口電路設(shè)計3.4鍵盤電路與at89c52單片機接口電路設(shè)計3.5報警電路的設(shè)計第四章 軟件設(shè)計4.1主程序設(shè)計4.2子程序設(shè)計

3、4.21a/d轉(zhuǎn)換設(shè)計及數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計 4.22顯示子程序設(shè)計 4.23鍵盤輸入控制程序的設(shè)計 4.24報警子程序的設(shè)計第五章 仿真調(diào)試51軟件試用52仿真調(diào)試第六章 總結(jié)1緒論1.1課題目的及意義多功能電子秤屬于我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫臏y量系統(tǒng)，廣泛的在各中小型超市、大中型商場、物流配送中心等地方應(yīng)用。由于它具有結(jié)構(gòu)體積小、測量的精度較高、擁有廣泛的應(yīng)用范圍、機械操作起來簡便易懂等優(yōu)點。本次所設(shè)計的基于8051的多功能電子秤具有stc89c52單片機、重量測量模塊、a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808、單片機的外圍接口電路：4*4矩陣掃描按鍵以及l(fā)cd1602液晶屏幕顯示五部分組成。為了滿足重量測量系

4、統(tǒng)測量范圍30kg，測量精度能夠在0.001kg以下，選擇使用了電阻應(yīng)變式壓力傳感器，并且應(yīng)用了a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0808。重量測量系統(tǒng)通過4*4掃描鍵盤選擇功能，再運用lcd1602液晶屏幕顯示測量結(jié)果，比傳統(tǒng)測量更具有準(zhǔn)確性和直觀性。多功能電子秤屬于電子衡器中的一種，是國際之間貿(mào)易，國防科技建設(shè)，科學(xué)研究當(dāng)中不可缺少的重要計量設(shè)備，所用設(shè)備產(chǎn)品的水平的高低，將直接影響著各行各業(yè)的發(fā)展水平與社會整體經(jīng)濟效益的提高。電子秤具有重量較輕，體積較小，結(jié)構(gòu)簡單，維護起來方便等特點，重量信號可以通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，易于實現(xiàn)稱重顯示的數(shù)字化，達到生產(chǎn)過程中的自動化流程的目的。目前市場上使用的稱量工具，很

5、多都屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或者運行不可靠，并且制造成本高，而且整體水平不高 ，還存在部分小型企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量差且技術(shù)環(huán)節(jié)薄弱，設(shè)備不齊全，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，產(chǎn)品質(zhì)量在低水平徘徊。因此，有針對性的開發(fā)出一套有實用價值的多功能電子秤，從技術(shù)上克服上述諸多缺點，改善重量測量系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外多功能電子秤的發(fā)展及現(xiàn)狀電子秤是人們在生活和生產(chǎn)中的重要計量工具之一，無論是在工農(nóng)業(yè)還是在制造業(yè)以及食品行業(yè)等都能見到它的身影，它成功解決了物體間量的差距問題，也大大的提高了企業(yè)在生產(chǎn)中實現(xiàn)的經(jīng)濟效益，加快了生產(chǎn)力度和生產(chǎn)進度，保證了生產(chǎn)質(zhì)量。我國的衡器產(chǎn)業(yè)隨著歷史的發(fā)展，經(jīng)過了漫長的發(fā)展歷

6、程，但是長期以來都是以機械衡器為主，直至二十世紀(jì)八十年代，由于電子衡器的逐步擴大應(yīng)用才開始踏上研究開發(fā)之路。進入新世紀(jì)后，我國的衡器產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入了快速發(fā)展通道，衡器產(chǎn)品亦開始發(fā)生質(zhì)的變化，并逐步向高產(chǎn)量發(fā)展，無論是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還是在制造水平方面，都實現(xiàn)了飛躍的發(fā)展，慢慢演變成小型化、模塊化、集成化和智能化發(fā)展，其技術(shù)日趨成熟，趨向于高效率、高精確度、高穩(wěn)定性以及高可靠性，適用于各行各業(yè)，綜合性高。但就總體而言，我國電子秤產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達國家相比還有較大差距，其主要差距是技術(shù)與工藝不夠先進、工藝裝備與測試儀表老化、開發(fā)能力不足、產(chǎn)品的品種規(guī)格較少、功能不全、穩(wěn)定性和可靠性較差等。1.3課

7、題要求及內(nèi)容安排本文主要介紹了一種基于8051的多功能電子秤的設(shè)計過程，給出了各個模塊的詳細(xì)設(shè)計思路、電路圖以及程序代碼。在文章的原理與總體方案中將介紹到設(shè)計的原理和思路。在硬件設(shè)計章節(jié)中，則將較為詳細(xì)地介紹系統(tǒng)硬件各個模塊功能的說明和使用。文中介紹了重量測量模塊原理及其應(yīng)用,選用stc89s52型單片機作為主控制器件，對電阻應(yīng)變式壓力傳感器進行信號讀取，通過a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808直接讀取被測重量值進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，便于單片機處理及控制，然后通過4*4掃描按鍵進行功能選擇，再在lcd1602液晶顯示屏上實現(xiàn)功能狀態(tài)和數(shù)據(jù)的顯示。另外本文還包括對keil軟件進行了介紹，包括創(chuàng)建工程，程序調(diào)試與

8、下載等，以及具體程序各模塊介紹，包括對a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808和lcd的初始化。本課題的具體要求如下：1.稱重范圍：不超過30kg2.測量精度： 0.001kg3.顯示方式：lcd1062顯示所稱量的物品重量。4.特殊功能：通過4*4鍵盤按鍵選擇去皮、清零、返回、累計等功能。本論文將分四個部分講述基于8051的多功能電子秤的設(shè)計制作過程。第一部分講述提出本設(shè)計的目的及意義和國內(nèi)外多功能電子秤的發(fā)展及現(xiàn)狀。第二部分確定本設(shè)計的總體方案。第三部分詳細(xì)介紹各硬件設(shè)計模塊實現(xiàn)的方法。第四部分對本設(shè)計進行軟件模塊的設(shè)計。第五部分完成軟硬件的測試實驗。最后，在文章的總結(jié)部分將闡述該系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的

9、問題和需要改進的方案。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1總體設(shè)計電路本文介紹了一個基于8051的多功能電子秤的設(shè)計，它使用電阻應(yīng)變式壓力傳感器進行重量測量，單片機通過4*4鍵盤按鍵選擇進行去皮，清零，返回，累計等功能模式，并利用lcd1602液晶顯示屏對重量測量結(jié)果進行顯示。2.2方案設(shè)計按鍵模塊4*4矩陣按鍵液晶顯示模塊lcd1602轉(zhuǎn)換模塊a/d轉(zhuǎn)換模塊adc0808重量測量模塊電阻應(yīng)變式壓力傳感器stc89c52圖2-1 總體結(jié)構(gòu)圖由stc89c52芯片將電阻應(yīng)變式壓力傳感器所測重量通過lcd1602液晶模塊顯示出來，并顯示當(dāng)前的重量狀態(tài)和系統(tǒng)執(zhí)行功能。根據(jù)4*4按鍵模塊通過按鍵的選擇，確定去皮、

10、清零、返回、累計等功能。2.3方案論證隨著科技的發(fā)展，智能化的電子衡器越來越多的進入到了人們的生活當(dāng)中，小到中小型超市，物流配送中心，再到國防建設(shè)，科技研究，都離不開智能化的電子衡器。隨著社會的發(fā)展需求，高效率、高精確度、高穩(wěn)定性以及高可靠性，適用于各行各業(yè)，綜合性高的電子衡器產(chǎn)品越來越受到重視以及發(fā)展。電子秤所用傳感器的選擇以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的信號處理都將影響著電子衡器的質(zhì)量和特性，選用結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強、頻率響應(yīng)好的傳感器再配合高增益高穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)處理模塊，可以避免由于外界環(huán)境的干擾信號的影響所產(chǎn)生的運行不穩(wěn)定，進一步提高電子秤的測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多功能智能化實用性。1) 壓力傳感器傳感器的

11、定義：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換部分指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。傳感器動態(tài)特性是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特

12、性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。方案一采用壓電傳感器，壓電傳感器是一種典型的有源傳感器，又稱自發(fā)電式傳感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相應(yīng)的特定表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)。壓電傳感器由于其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，適用于動態(tài)力學(xué)量的測量，不適合測頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量。目前多用于加速度

13、和動態(tài)力或壓力的測量。高內(nèi)阻、小功率是壓電傳感器件的弱點。功率小，就意味著輸出的能量較微弱，電纜分布的電容以及噪聲干擾都會影響壓電傳感器的輸出特性，這一點就意味著對其外接電路的要求非常高。方案二采用電容式傳感器，電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容變化的一種傳感器。它擁有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)好、可實現(xiàn)非接觸測量、具有平均效應(yīng)等優(yōu)點。電容傳感器可以用來檢測力、位移、壓力以及振動學(xué)非電參量。雖然電容式傳感器有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單和良好動態(tài)特性等諸多優(yōu)點，但也有其不足之處：（1）高阻抗、小功率。由于受到幾何尺寸的約束限制，電容傳感器的電容量一般都很小，基本僅有幾皮法到幾十皮法。由于電容量

14、c太小，所以它的容抗就會變得很大，用來作為一個高阻抗元件，它的負(fù)載能力又顯得較差，功率p也會很小。所以容易受到外界環(huán)境產(chǎn)生的干擾信號的影響，產(chǎn)生的信號需要經(jīng)過放大處理，并且還要采取一系列抗干擾的措施。（2） 初始的電容小，電纜電容以及線路所存在復(fù)雜散亂的電路所構(gòu)成的寄生電容對其影響很大。方案三采用電阻應(yīng)變式傳感器，電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號的結(jié)構(gòu)型傳感器。電阻應(yīng)變片式電阻是電阻應(yīng)變式傳感器的核心元件，它的工作原理是基于材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)，電阻應(yīng)變片即可單獨作為傳感器使用，又能作為敏感元件結(jié)合彈性元件構(gòu)成力學(xué)量傳感器。導(dǎo)體的電阻隨著機械變形而發(fā)生變化的現(xiàn)象叫

15、做電阻應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變片把機械應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換為r/r后，由于應(yīng)變量以及相應(yīng)的電阻量變化一般都很微小，很難能夠直接精確的測量，而且不方便數(shù)據(jù)處理。因此，要采用轉(zhuǎn)換電路把應(yīng)變片的r/r變化轉(zhuǎn)換成電壓或者電流信號變化。它的轉(zhuǎn)換電路常用全橋測量電路來將應(yīng)變片的r/r變化轉(zhuǎn)換成電壓信號。直流電橋的特點是產(chǎn)生的信號不會受到各元件和導(dǎo)線所分布的電感及電容的影響，而且它的抗干擾能力強，不過由于機械應(yīng)變的輸出信號較小，這就需要要求配合用高增益和高穩(wěn)定性的放大器將輸出信號放大處理。電阻應(yīng)變片式傳感器有如下特點：（1） 測量和應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)變片可以制作成各種機械量傳感器，滿足測量要求。（2） 擁有高靈敏度和高分辨

16、力，精度也較高。（3）機械結(jié)構(gòu)輕小，對試件的影響小，對復(fù)雜的環(huán)境適應(yīng)性強，可在高壓、高溫、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)也好。（4）商品化，使用起來方便，有利于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動化測量。由于本次設(shè)計是一種多功能的電子秤，需要分辨力和靈敏度高，精度較高的傳感器元件，并且要求結(jié)構(gòu)輕小，對試件影響小，對復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性強，可在高溫、高壓、強磁場等特殊環(huán)境中使用，頻率響應(yīng)好，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化測量。故采用方案三中的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。2） 信號轉(zhuǎn)換方案一采用a/d轉(zhuǎn)換原理：1、逐次逼近法逐次逼近式a/d是比較常見的一種a/d轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的a/d轉(zhuǎn)換器是由一個緩沖寄存器、比較器、d/a轉(zhuǎn)換器以及邏輯控制電路組成。基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入d/a轉(zhuǎn)換器，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為o，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量i進行比較，若oi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送d/a轉(zhuǎn)換器，輸出的o再與i比較，若o0)lcd1602_write_data(*s);s+;void init_lcd160