電子秤原理及電子秤原理圖(打印版)

#壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)，所以對(duì)運(yùn)算放大器要求很高。我們考慮可以采用以下幾種方案可以采用：方案一、利用普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器。普通低溫漂運(yùn)算放大器構(gòu)成多級(jí)放大器會(huì)引入大量噪聲。由于A/D轉(zhuǎn)換器需要很高的精度，所以幾毫伏的干擾信號(hào)就會(huì)直接影響最后的測(cè)量精度。所以，此中方案不宜采用。方案二、由高精度低漂移運(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器。差動(dòng)放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點(diǎn)，可以利用普通運(yùn)放（如OP07）做成一個(gè)差動(dòng)放大器。電阻R1、R2電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級(jí)的噪聲，C1、C2為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。優(yōu)點(diǎn)：輸入級(jí)加入射隨放大器，增大了輸入阻抗，中間級(jí)為差動(dòng)放大電路，滑動(dòng)變阻器R6可以調(diào)節(jié)輸出零點(diǎn)，最后一級(jí)可以用于微調(diào)放大倍數(shù)，使輸出滿(mǎn)足滿(mǎn)量程要求。輸出級(jí)為反向放大器，所以輸出電阻不是很大，比較符合應(yīng)用要求。缺點(diǎn)：此電路要求R3、R4相等，誤差將會(huì)影響輸出精度，難度較大。實(shí)際測(cè)量，每一級(jí)運(yùn)放都會(huì)引入較大噪聲。對(duì)精度影響較大。方案三：采用專(zhuān)用儀表放大器，如：INA126,INA121等。此類(lèi)芯片內(nèi)部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡(jiǎn)單。以INA126為例，接口如下圖所示：放大器增益 ，通過(guò)改變 的大小來(lái)改變放大器的增益。基于以上分析，我們決定采用制作方便而且精度很好的專(zhuān)用儀表放大器INA126。（3）、A/D轉(zhuǎn)換器由上面對(duì)傳感器量程和精度的分析可知：A/D轉(zhuǎn)換器誤差應(yīng)在 以下12位A/D精度：10Kg/4096=2.44g14位A/D精度：10Kg/16384=0.61g考慮到其他部分所帶來(lái)的干擾,12位A/D無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)精度要求。所以我們需要選擇14位或者精度更高的A/D。方案一、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，如：ADS7805、ADS7804等。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換，一般具有采樣/保持功能。采樣頻率高，功耗比較低，是理想的高速、高精度、省電型A/D轉(zhuǎn)換器件。高精度逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器一般都帶有內(nèi)部基準(zhǔn)源和內(nèi)部時(shí)鐘，基于89C52構(gòu)成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)僅需要外接幾個(gè)電阻、電容。但考慮到所轉(zhuǎn)換的信號(hào)為一慢變信號(hào)，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的快速的優(yōu)點(diǎn)不能很好的發(fā)揮，且根據(jù)系統(tǒng)的要求，14位AD足以滿(mǎn)足精度要求，太高的精度就反而浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。所以此方案并不是理想的選擇。方案二、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器：如：ICL7135、ICL7109等。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器精度高，但速度較慢（如：ICL7135），具有精確的差分輸入，輸入阻抗高（大于），可自動(dòng)調(diào)零，超量程信號(hào)，全部輸出于TTL電平兼容。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。對(duì)正負(fù)對(duì)稱(chēng)的工頻干擾信號(hào)積分為零，所以對(duì)50HZ的工頻干擾抑制能力較強(qiáng)，對(duì)高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用。只要干擾電壓的平均值為零，對(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對(duì)本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號(hào)，很容易受到工頻信號(hào)的影響。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對(duì)濾波電路的要求。作為電子秤，系統(tǒng)對(duì)AD的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上14位的AD足以滿(mǎn)足要求。另外雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器較強(qiáng)的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價(jià)格。綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們最終選擇了ICL7135。三、人機(jī)交互界面（1）、鍵盤(pán)輸入鍵盤(pán)輸入是人機(jī)交互界面中最重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶(hù)指令的直接途徑。我們采用了專(zhuān)用的鍵盤(pán)顯示芯片ZLG7289。Intel8279是一種比較成熟的可編程鍵盤(pán)/顯示芯片，可以滿(mǎn)足小系統(tǒng)的要求。ZLG7289是周立功單片機(jī)公司設(shè)計(jì)的串行輸入輸出可編程鍵盤(pán)/顯示芯片有強(qiáng)大的鍵盤(pán)顯示功能，支持64鍵控制?？梢员容^方便的擴(kuò)展系統(tǒng)。另外ZLG7289內(nèi)部有譯碼電路，大大簡(jiǎn)化了程序。我們選擇功能更好的ZLG7289作為鍵盤(pán)掃描顯示芯片（2）、顯示輸出雖然ZLG7289具有控制數(shù)碼管顯示的功能，但考慮到本題目要求中文顯示，數(shù)碼管無(wú)法滿(mǎn)足，只能考慮用帶有中文字庫(kù)的液晶顯示器。由于可以分頁(yè)顯示，無(wú)需太大屏幕，我們選擇了點(diǎn)陣式128X64型LCD—OCM4X8C。第二部分：具體實(shí)現(xiàn)方案一、硬件組成：（一）、硬件結(jié)構(gòu)框圖如下：（二）、各部分硬件電路實(shí)現(xiàn)（1）、基于AT89S52的主控電路圖主控電路以89C52為核心擴(kuò)展32KRAM；單片機(jī)使用6M晶振，P0口外接上拉電阻，增大了帶負(fù)載能力；A12?A15接74LS譯碼器，輸出作外部片選信號(hào)。擴(kuò)展了幾個(gè)接口用于其它部分于單片機(jī)的通信（2）前端信號(hào)處理INA126構(gòu)成的放大器及濾波電路：通過(guò)調(diào)節(jié) 的阻值來(lái)改變放大倍數(shù)。微弱信號(hào)Vi1和Vi2被分別放大后從INA126的第6腳輸出。A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135的輸入電壓變化范圍是-2V?+2V,傳感器的輸出電壓信號(hào)在0?20mv左右，因此放大器的放大倍數(shù)在200?300左右，可將 接成 的滑動(dòng)變阻器。由于ICL7135對(duì)高頻干擾不敏感，所以濾波電路主要針對(duì)工頻及其低次諧波引入的干擾。因?yàn)閴毫π盘?hào)變化十分緩慢，所以濾波電路可以把頻率做得很低。A/D轉(zhuǎn)換器基于ICL7135的A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電路：基準(zhǔn)源選用芯片MC14032.5V分壓得到:由于ICL7135內(nèi)部沒(méi)有振蕩器，所以需要外接。但A/D轉(zhuǎn)換器精度與時(shí)鐘頻率的漂移無(wú)關(guān)。正向積分時(shí)間T1和反向積分時(shí)間T2按相同比例增加并不影響測(cè)量的結(jié)果。ICL7135的時(shí)鐘頻率典型值為200kHz最高允許為1200kHz，時(shí)鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換速度越快。每輸出一位BCD碼的時(shí)間為200個(gè)時(shí)鐘周期，選通脈沖位于數(shù)據(jù)脈沖的中部，如果時(shí)鐘頻率太高，則數(shù)據(jù)的接受程序還沒(méi)有接受完畢，數(shù)據(jù)就已經(jīng)消失了?？紤]到此系統(tǒng)頻率要求不是太高，且單片機(jī)的工作頻率也不是很高，因此我們?nèi)r(shí)鐘頻率的典型值：200kHz。由于頻率比較低，對(duì)時(shí)鐘漂移要求不高，我們采用阻容方式實(shí)現(xiàn)了基本的振蕩電路。如下：振蕩頻率約為160kHz。此外ICL7135外部還需要外接積分電阻、積分電容，但A/D轉(zhuǎn)換器精度與外接的積分電阻、積分電容的精度無(wú)關(guān)，故可以降低對(duì)元件質(zhì)量的要求。不過(guò)積分電容和積分電容的介質(zhì)損耗會(huì)影響到A/D轉(zhuǎn)換器的精度，所以應(yīng)采用介質(zhì)損耗較小的聚丙乙烯電容ICL7135還需要外接基準(zhǔn)電源，這是因?yàn)樾酒瑑?nèi)部的基準(zhǔn)源一般容易受到溫度的影響，而基準(zhǔn)電源的變化會(huì)直接影響轉(zhuǎn)換精度。所以當(dāng)精度要求較高時(shí)，應(yīng)采用外接基準(zhǔn)源。一般接其典型值1V。、人機(jī)交互界面、鍵盤(pán)接口圖：鍵盤(pán)控制芯片ZLG7289控制鍵盤(pán)的掃描，當(dāng)監(jiān)測(cè)到有鍵按下后ZLG7289的9腳便產(chǎn)生一個(gè)低電平通知單片機(jī)，單片機(jī)可以采用查詢(xún)或者中斷方式將數(shù)據(jù)通過(guò)P1.5以串行方式讀入。因?yàn)椴樵?xún)方式會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間,所以本系統(tǒng)采用的是中斷方式。、LCD顯示接口電路LCD復(fù)位信號(hào)通過(guò)反相器接到單片機(jī)的RESET上，上電或手動(dòng)復(fù)位時(shí)將隨單片機(jī)同時(shí)復(fù)位。由于復(fù)位后并行口輸出高電平，LCD處于選中狀態(tài)，此時(shí)LCD將輸出內(nèi)部狀態(tài)字，將會(huì)影響數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳輸。所以外接一個(gè)反相器。二、軟件組成：(一)、流程圖主程序流程如圖所示：中斷服務(wù)程序流程圖如下：(2)、軟件說(shuō)明

由于涉及到大量數(shù)據(jù)的運(yùn)算，程序不宜采用匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言大大縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間，且程序可讀性非常好。程序中對(duì)40采入的數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)字濾波，進(jìn)一步減小40讀入數(shù)據(jù)的誤差。7289鍵盤(pán)控制采用中斷方式，加快了程序的執(zhí)行效率。詳細(xì)的操作過(guò)程見(jiàn)使用說(shuō)明。第三部分：測(cè)試及結(jié)果分析?測(cè)試結(jié)果及誤差分析：砝碼重量（g）實(shí)際顯示重量1（g）實(shí)際顯示重量2（g）實(shí)際顯示重量3（g）1009999981501481471492001951971982502442462443002952962943503423443434003933953964504434435004934944955505525515536005905935946506416416427006896926937507407407418007907917908508398408429008879509389389381986987987注：由于傳感器和其他器件本身并非理想線性，程序中對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性補(bǔ)償。誤差分析：經(jīng)校準(zhǔn)，非線性補(bǔ)償后，誤差已基本達(dá)到要求。所用測(cè)量?jī)x器：總重1Kg的砝碼，萬(wàn)用表，示波器第四部分：使用操作說(shuō)明本系統(tǒng)采用32鍵鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，分為數(shù)字鍵：0-9，商品1-商品10，6個(gè)控制鍵。本系統(tǒng)開(kāi)機(jī)顯示公司名稱(chēng)，后提示輸入收銀員編號(hào)和當(dāng)前日期。正確輸入后，進(jìn)入稱(chēng)重顯示。數(shù)字鍵和小數(shù)點(diǎn)鍵：用于輸入單價(jià)；累加鍵：相當(dāng)于確認(rèn)，可以將當(dāng)然信息保存至購(gòu)物清單；并且將金額累加，得到所購(gòu)買(mǎi)商品的總金額。去皮鍵：用于去除皮重；清單價(jià)：用于輸入的單價(jià)錯(cuò)誤的時(shí)候，重新輸入；購(gòu)物清單鍵：當(dāng)需要顯示當(dāng)前顧客的總的購(gòu)物清單時(shí)，可以連續(xù)按下購(gòu)物清單鍵，分頁(yè)