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基于单片机的电子秤

发布日期:2021-03-07 23:07

  和传统秤相比较,电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现,具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量范围为0-10Kg,测量精度达到5g,有高精度,低成本,易携带的特点。电子秤采用液晶显示汉字和测量记过,比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外,该电子秤电路简单,使用寿命长,应用范围广,可以应用于商场、超市、家庭等场所,成为人们日常生活中不可少的必需品。

  1、采用高精度电阻应变式压力传感器,测量量程0-10kg,测量精度可达5g。

  2、采用电子秤专用模拟/数字(A/D)转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换,HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。

  3、采用STC89C52单片机作为主控芯片,实现称重、计算价格等主控功能。

  称重传感器感应被测重力,输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过电子秤专用模拟/数字(A/D)转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片,内置增益控制,精度高,性能稳定。HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据,进行计算转换,再液晶屏上显示出来。

  矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体重量得到后,用户可以通过矩阵键盘输入单价,电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。电源系统给单片机、HX711电路及传感器供电。

  传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性,其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。

  称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值,典型值是2mV/V。当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时,其满度输出电压为10 mV。通常,为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围,应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6mV。当电子秤应用于工业环境时,在6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。

  总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%,这一技术指标相当重要,它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度,决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。

  目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑,其主要特点如下:

  (1) 电容式压力传感器稳定性较差,精度和灵敏度较高,寿命较短,对环境要求苛刻,不易长距离传输。

  (2) 压电式压力传感器稳定性好,精度和灵敏度高,寿命长,但大量程的压力传感器尚待进一步研究。

  (3) 电阻应变式压力传感器稳定性较好,精度和灵敏度较高,寿命较长,对测量环境要求不太严格。

  综上所述,选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,内部线路采用惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,电阻应变片(转换元件)受到拉伸或压缩应变片变形后,它的阻值将发生变化(增大或减小),从而使电桥失去平衡,产生相应的差动信号,供后续电路测量和处理。电阻应变式传感器测量原理如图2所示。

  当垂直正压力P作用于梁上时,梁产生形变,电阻应变片R1、R3受压弯拉伸,阻值增加;R2、R4受压缩,阻值减小。电桥失去平衡,产生不平衡电压,不平衡电压与作用在传感器上的载菏P成正比,从而将非电量转化成电量输出。

  R1、R2、R3和R4组成惠更斯电桥,将2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压,其工作原理如图3所示。

  HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术,是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。与同类型其它芯片相比,该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本,提高了整机的性能和可靠性。

  该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单,所有控制信号由管脚驱动,无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A 或通道B,与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A 的可编程增益为128 或64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为20mV或40mV。通道B 则为固定的32 增益,用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D 转换器提供电源,系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。 HX711内部方框图如图4所示。其外部管脚如图5所示。

  图5为HX711芯片应用于计价秤的一个参考电路图。该方案使用内部时钟振荡器(XI=0),10Hz的输出数据速率(RATE=0)。电源(2.7~5.5V)直接取用与MCU 芯片相同的供电电源。通道A与传感器相连,通道B通过片外分压电阻与电池相连,用于检测电池电压。

  STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍,内部集成MAX810专用复位电路。

  l 增强型 8051 CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统8051;

  l 通用I/O口(32/36个),复位后为准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口);

  l ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器/仿真器。

  l 每个I/O口驱动能力均可达到20mA,但整个芯片最大不要超过120mA;

  l 可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片;

  l 内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体12M以下时,复位脚可直接1K电阻到地);

  l 用户在下载用户程序时,可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟;

  l 共4个16位定时器,两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1,没有定时器2,但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器,再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器;

  l 外部中断I/O口4路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块,Power Down模式可由外部中断唤醒;

  STC89C52单片机有多种封装形式,本设计中选用40DIP封装,其管脚定义如图8所示。

  图中DOUT和PDSCK为单片机与HX711的AD转换电路交换数据的通信线。beep为蜂鸣器报警信号线,alert为报警灯信号线,RXD和TXD为串口通信线,也可以用于单片机程序的串行ISP下载。

  该液晶为晶讯联公司的128*64汉字屏JLX12864G-086-PC显示信息。该显示模块既可以当成普通的图像型液晶显示模块使用(即显示普通图像型的单色图片功能),又含有JLX-GB2312 字库IC,可以从字库IC 中读出内置的字库的点阵数据写入到LCD 驱动IC 中,以达到显示汉字的目的。其接口引脚功能介绍:

  图中4*4矩阵键盘可以显示0-9数字、小数点和五个功能键。键盘行扫描信号为ROW1ROW4,列扫描信号为COL1COL4。行信号为输入信号,低电平有效;列信号为输出信号。当没有键按下时,即使行扫描输入低电平信号,列信号仍为高电平;当行扫描为低电平并且有键按下时,相应的列输出低电平。该低电平信号可以定位至按下键的位置。

  当测量重量超过量程时,beep和alert给出低电平信号,驱动蜂鸣器鸣响,报警灯亮。

  本设计采用USB接口供电,电源电压5V。同时,USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图所示。

  Protel是目前国内最流行的通用EDA软件,它是将电路原理图设计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具软件组合后构成的EDA工作平台,是第一个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品。它集成了软件界面、仿真功能和PLD设计和信号完整性分析,在此基础上Protel 99SE又增加了一些新的功能,用户使用更加方便灵活。Protel的功能十分强大,在电子电路设计领域占有极其重要的地位。它以其强大功能和实用性,逐渐获得广大硬件设计人员的青睐,是目前众多EDA设计软件中用户最多的产品之一。

  Protel软件主要由电路原理图设计模块、印制电路板设计模块(PCB设计模块)、电路信号仿真模块和PLD逻辑器件设计模块等组成,各模块具有强大的功能,可以很好的实现电路设计与分析。

  电路原理图是表示电气产品或电路工作原理的重要技术文件,电路原理图主要由代表各种电子器件的图形符号、线所示为一张电路原理图。该原理图是由Schematic模块设计完成的。Schematic模块具有如下功能:丰富而灵活的编辑功能、在线库编辑及完善的库管理功能、强大的设计自动化功能、支持层次化设计功能等。

  印制电路板(PCB)制板图是由电路原理图到制作电路板的桥梁。设计了电路原理图后,需要根据原理图生设计成印制电路板的制板图,然后在根据制板图制作具体的电路板。印制电路板设计模块具有如下主要功能和特点:可完成复杂印制电路板(PCB)的设计;方便而又灵活的编辑功能;强大的设计自动化功能;在线式库编辑及完善的库管理;完备的输出系统等。

  电路信号仿真模块是一个功能强大的数字/模拟混合信号电路仿真器,能提供连续的模拟信号和离散的数字信号仿真。它运行在Protel的EDA/Client集成环境下,与Protel Advanced Schematic原理图输入程序协同工作,作为Advanced Schematic的扩展,为用户提供了一个完整的从设计到验证仿真设计环境。

  在Protel中进行仿真,只需从仿真用元器件库中放置所需的元器件,连接好原理图,加上激励源,然后单击防真按钮即可自动开始。

  ① 打开网络表(可以利用一些编辑器辅助编辑),将所有封装浏览一遍,确保所有元件的封装都正确无误并且元件库中包含所有元件的封装,网络表中所有信息全部大写,一面载入出问题,或PCB BOM不连续。

  ① 根据PCB结构图,或相应的模板建立PCB文件,包括安装孔、禁布区等相关信息。

  ② 尺寸标注。在钻孔层中应标明PCB的精确结构,且不可以形成封闭尺寸标注。

  ① 载入网表并排除所有载入问题,具体请看《PROTEL技术大全》。其他软件载入问题有很多相似之处,可以借鉴。

  ② 如果使用PROTEL,网表须载入两次以上(没有任何提示信息)才可以确认载入无误。

  一般参考点都设置在左边和底边的边框线的交点(或延长线的交点)上或印制板的插件的第一个焊盘。

  ② 一但参考点确定以后,元件布局、布线均以此参考点为准。布局推荐使用25MIL网格。

  B. 布局可以参考硬件工程师提供的原理图和大致的布局,根据信号流向规律放置主要原器件。

  环路最小规则,即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小,环面积要尽可能小,环面积越小,对外的辐射越少,接收外界的干扰也越小。针对这一规则,在地平面分割时,要考虑到地平面与重要信号走线的分布,防止由于地平面开槽等带来的问题;在双层板设计中,在为电源留下足够空间的情况下,应该将留下的部分用参考地填充,且增加一些必要的过孔,将双面信号有效连接起来,对一些关键信号尽量采用地线隔离,对一些频率较高的设计,需特别考虑其地平面信号回路问题,建议采用多层板为宜。

  窜扰(CrossTalk)是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰,主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。克服窜扰的主要措施是:

  对应地线回路规则,实际上也是为了尽量减小信号的回路面积,多用于一些比较重要的信号,如时钟信号,同步信号;对一些特别重要,频率特别高的信号,应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计,即将所布的线上下左右用地线隔离,而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。

  相邻层的走线方向成正交结构,避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向,以减少不必要的层间窜扰;当由于板结构限制(如某些背板)难以避免出现该情况,特别是信号速率较高时,应考虑用地平面隔离各布线层,用地信号线隔离各信号线。

  对于导通孔密集的区域,要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接,形成对平面层的分割,从而破坏平面层的完整性,并进而导致信号线在地层 的回路面积增大。

  本设计主程序使用了定时器,用来实现每0.5秒称重一次的功能,流程图如图19所示。键盘扫描程序如图20所示。

  提供例程在uVision4环境下编译,如果是其他版本uVision,只需将所有.c和.h文件拷贝至新建项目,重新编译即可。当编译生成.hex文件后,就可以下载并进行调试了。

  打开USB驱动文件夹下的PL2303_Prolific_DriverInstaller_v130.exe安装文件,按提示安装USB转串口驱动程序。安装完成后,插入USB下载线后,在[开始]-[控制面板]-[打印机和其他硬件]-[设备管理器],在“端口”分支下有(Prolific USB-to-Serial Comm Port(COMX)。X表示串口号,如果没有说明USB转串口驱动没有安装,须重新安装。记住括号里的COM口号。

  打开STC单片机下载软件文件夹,点击运行STC_ISP_V481.exe程序,出现如下界面。

  正确选择MCU 类型为STC89C52,COM口(与刚才安装的COM号一致),最高波特率和最低波特率选择高速,如果不成功则尝试降低拨特率,并打开正确的.hex数据文件。

  按下电路板上的电源按纽,保证其有个失电至上电的过程,则窗口显示开始烧录芯片。

  l 在支架上放上待称重物体,液晶屏显示重量(单位为kg),单价(单位为元)和总金额(单位为元)。

  STC15单片机实验名称:使用NTC电阻测量温度实验内容: 使用NTC电阻测量温度并显示在数码管上 读取DS18B20模块测量温度作为参考实验器材: STC15W408AS_DIP16 x1 DS18B20x1 TM1637数码管 x1

  学习实践:用NTC电阻测温并显示在TM1637数码管 /

  /*一款电子钟程序,此电子钟是四位电子钟数码管组成的,功能分别有走时、响闹、走时间调整、闹钟时间调整等功能!调整部分分别由三个按键实现,一个功能键,一个+(加)键,另一个为-(减)键,其它功能键是复用功能!*/硬键介绍:数码管个位.十位.百位.千位.小数点分别接P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4。蜂鸣器接P3.5脚,功能按键接P3.2 加按键接P3.3 减按键接P3.4以下是两张图片!!!#include reg52.h//头文件#define uchar unsigned char//宏定义#define uint unsigned int//宏定义uchar shi,fen,nshi,nfen,ma

  电子钟制作(C语言) /

  51单片机做的温度显示,温度显示在LCD1602液晶屏上。然后按键可以调整温度阈值,温度高于或低于所设温度,蜂鸣器就会响……单片机源程序如下:/*************************************************************************************** 基于单片机的实时温度报警系统设计

  +1602+DS18B20的温度报警程序 /

  当电机较大时,启动是个必须注意的问题。比较简单且用的很多的是星三角启动,这里写出了星三角启动的核心部分。每一个IO口接上继电器,再控制交流接触器,就OK了。但,要注意,星、角交流接触器一定要互锁,否则一旦某个交流接触器粘连,就造成短路了。#include reg51.hsbit K1=P3^1; //按键1,控制第1个继电器启动sbit K2=P3^2; //按键2,控制第2个继电器启动sbit J1=P1^5; //星接继电器sbit J2=P1^6; //星点继电器sbit J3=P1^7; //角继电器void Delay_1ms(unsigned i

  、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。而本设计的电路包括硬件和软件两个部分。硬件部分包括红外感应部分与单片机控制部分。整个系统电路可划分为:电源部分、传感器模块部分、单片机控制电路,而单片机控制由最小系统和指示灯电路、报警电路等子模块组成。主要工作由热释电红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经过单片机功能设定到达报警模块这一过程。就此设计的核心模块来说,单片机就是设计的中心单元。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统,软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。二、设计任务分析1.该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键设定、报警

  设计 /

  用一个按键控制四个继电器循环导通,程序由51单片机的程序改到STC15F104W上,第一次按键,第一个继电器吸合,第二次按键,第二个继电器吸合,第一个继电器释放,以此类推。最初的想法就是实现电风扇,三档开关,程序里面可以修改端口。#includereg52.hsbit key = P3^4; //定义按键void delayms(void); //延时void led_refresh(unsigned char

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