单片机的称重计设计
摘 要本论文选用了“基于AT89C51单片机的称重计控制系统”作为研究对象，选用了ATMEL公司推出的AT89C51单片机作为核心部件，设计了一个能够快速实现称量重量，显示重量大小和物体超重能够报警这些功能的系统。称重计的实现依靠了51单片机强大的控制作用，通过输入输出各种形式的电平信号来对HX711模数转换器、LCD1602液晶屏等模块的控制，从而将各模块的功能融为一体。本文在硬件和软件两个层面上对称重计控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的形式对整个控制系统的设计思路以及设计过程进行了阐述。经过了大量的测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向称重计系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目录
一、 引言 1
（一） 重量检测的研究背景及意义 1
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51型控制器介绍 4
（三） 压力传感器集成模块简介 5
（四） HX711高精度AD转换芯片介绍 5
（五） LCD1602液晶屏简介 6
（六） 蜂鸣器简介 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） 硬件中心部分的设计 8
1. 复位电路的设计 9
2. 时钟电路的设计 9
（三） HX711转换芯片电路设计 10
（四） 液晶屏电路设计 10
（五） 报警电路设计 11
（六） 按键电路 11
四、 软件系统设计 13
（一） 软件工作流程设计 13
（二） 单片机读取HX711工作流程图 14
（三） 液晶屏显示流程设计 15
（四） 报警电路工作流程设计 16
五、 实物制作与安装 17
（一） 硬件调试 17
（二） 调试结果 18
（三）问题总结 18
总
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
重量检测的研究背景及意义
重量检测技术是伴随着半导体技术的出现和发展而实现的，这种技术能够实现模拟重量值得快速测量并通过特定方式进行显示，并伴有一定的报警信号等常见功能，目前重量检测技术已经形成了模拟电路检测以及数字电路检测两种大类，其中模拟电路检测具有检测速度快、响应时间短以及功耗低等显著特点，而数字电路检测具有检测清晰度高以及显示效果好等特点。最早的重量检测得益于法拉第电磁感应效应的发现，当一定的电流流过导线时，导线周围将产生一定的磁感应效应，科学家通过对这种现象的应用，发明了能够实现对电磁感应的测量，这种测量方式也就是我们今天经常使用到的机械式重量表，机械式重量表中的表头是一种能够对电磁场做出迅速反应的一种机械结构，表头中的指针会随着磁场强度的不同大小发生不同角度的旋转，这种重量表由于不需要消耗任何电能，并且对被测电路不会产生任何影响，因此在将其推向市场后并经过不断的改进和优化，一直沿用至今。当半导体技术在二十世纪出现后，许多的测量技术已经能够很方便的通过电路来实现，这种测量电路由于只依靠半导体器件的连接来实现，因此在外观上比机械式测量表的体积要小得多，许多半导体公司对电子式重量测量技术进行了大量的研发并推出相关的产品，这些产品在进入市场后迅速赢得了用户的喜爱。这些被植入电子测量技术的系统在使用时能够呈现出比机械式重量表更好地显示效果，通过相应的数字技术，将LCD等液晶屏嵌入到电子式重量表中，不但能够对测量结果进行直接的显示，不但省去了在使用机械式重量表时读取测量结果的时间，并且还大大降低了认为误读因素等导致的错误测量结果率，因此电子式重量表在其发展过程中不断地将机械式重量表进行淘汰。目前电子式重量表的测量前端有两种主要方式，第一种是通过模拟电路来实现，将待测电压信号通过前端的衰减、放大、滤波、波形整形以及比较等处理，能够在很短的响应时间下快速得到测量数据，将测量数据传送到后端的数字处理模块进行显示以及报警等操作；第二种方法是通过高清晰度或者高速的A/D（模数转换器）来对待测重量进行采集，并将采集结果转换为相应位数的数字信号，传送到后续的单片机等控制芯片内，对采集结果进行解码、显示以及报警等处理，这种纯数字式的重量检测相比模拟电路检测来说，响应时间较长并且系统的整体功耗高，然而近些年随着模数转换技术的不断发展，纯数字式重量检测系统也在不断的得到发展和普及。
国内外发展现状
目前国内外对于重量检测技术都有着广泛的研究，虽然对于重量检测已经有了非常完善的测量方法并且得到了广泛的普及，但是对于高精度/超高精度的重量测量方法还不能得到普及，尽管ADI以及TI公司等都有推出其独特并且能够对重量进行高精度检测的集成芯片，但是这些芯片的成本较为昂贵，还不能够实现在重量检测系统中的普及，因此目前国内外的科研小组以及研究所对于高精度重量的检测仍在不断地进行攻坚克难。目前国内外对于重量测量技术的实现上，所取得的现状主要表现在能够实现较高位数的测量结果，六位半的重量检测系统造价已经大幅度降低，国外先进的重量检测技术已经能够达到八位。
本文主要研究内容
本次毕业设计采用了“基于AT89C51单片机的称重计设计”作为研究课题，结合了大学期间所学模电、数电等专业知识，设计了一款能够实现重量检测和超重报警功能的控制系统并实现了如下的技术指标：
1、能够实现0~10kg重量的快速测量；
2、实时显示待测物体的重量，通过高清晰度液晶屏进行显示；
3、具有超重报警功能，当待测物体的重量大于报警重量时，发出报警信号；
4、报警重量可通过按键进行设置。
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
目录
一、 引言 1
（一） 重量检测的研究背景及意义 1
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51型控制器介绍 4
（三） 压力传感器集成模块简介 5
（四） HX711高精度AD转换芯片介绍 5
（五） LCD1602液晶屏简介 6
（六） 蜂鸣器简介 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 硬件结构框图设计 8
（二） 硬件中心部分的设计 8
1. 复位电路的设计 9
2. 时钟电路的设计 9
（三） HX711转换芯片电路设计 10
（四） 液晶屏电路设计 10
（五） 报警电路设计 11
（六） 按键电路 11
四、 软件系统设计 13
（一） 软件工作流程设计 13
（二） 单片机读取HX711工作流程图 14
（三） 液晶屏显示流程设计 15
（四） 报警电路工作流程设计 16
五、 实物制作与安装 17
（一） 硬件调试 17
（二） 调试结果 18
（三）问题总结 18
总
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
重量检测的研究背景及意义
重量检测技术是伴随着半导体技术的出现和发展而实现的，这种技术能够实现模拟重量值得快速测量并通过特定方式进行显示，并伴有一定的报警信号等常见功能，目前重量检测技术已经形成了模拟电路检测以及数字电路检测两种大类，其中模拟电路检测具有检测速度快、响应时间短以及功耗低等显著特点，而数字电路检测具有检测清晰度高以及显示效果好等特点。最早的重量检测得益于法拉第电磁感应效应的发现，当一定的电流流过导线时，导线周围将产生一定的磁感应效应，科学家通过对这种现象的应用，发明了能够实现对电磁感应的测量，这种测量方式也就是我们今天经常使用到的机械式重量表，机械式重量表中的表头是一种能够对电磁场做出迅速反应的一种机械结构，表头中的指针会随着磁场强度的不同大小发生不同角度的旋转，这种重量表由于不需要消耗任何电能，并且对被测电路不会产生任何影响，因此在将其推向市场后并经过不断的改进和优化，一直沿用至今。当半导体技术在二十世纪出现后，许多的测量技术已经能够很方便的通过电路来实现，这种测量电路由于只依靠半导体器件的连接来实现，因此在外观上比机械式测量表的体积要小得多，许多半导体公司对电子式重量测量技术进行了大量的研发并推出相关的产品，这些产品在进入市场后迅速赢得了用户的喜爱。这些被植入电子测量技术的系统在使用时能够呈现出比机械式重量表更好地显示效果，通过相应的数字技术，将LCD等液晶屏嵌入到电子式重量表中，不但能够对测量结果进行直接的显示，不但省去了在使用机械式重量表时读取测量结果的时间，并且还大大降低了认为误读因素等导致的错误测量结果率，因此电子式重量表在其发展过程中不断地将机械式重量表进行淘汰。目前电子式重量表的测量前端有两种主要方式，第一种是通过模拟电路来实现，将待测电压信号通过前端的衰减、放大、滤波、波形整形以及比较等处理，能够在很短的响应时间下快速得到测量数据，将测量数据传送到后端的数字处理模块进行显示以及报警等操作；第二种方法是通过高清晰度或者高速的A/D（模数转换器）来对待测重量进行采集，并将采集结果转换为相应位数的数字信号，传送到后续的单片机等控制芯片内，对采集结果进行解码、显示以及报警等处理，这种纯数字式的重量检测相比模拟电路检测来说，响应时间较长并且系统的整体功耗高，然而近些年随着模数转换技术的不断发展，纯数字式重量检测系统也在不断的得到发展和普及。
国内外发展现状
目前国内外对于重量检测技术都有着广泛的研究，虽然对于重量检测已经有了非常完善的测量方法并且得到了广泛的普及，但是对于高精度/超高精度的重量测量方法还不能得到普及，尽管ADI以及TI公司等都有推出其独特并且能够对重量进行高精度检测的集成芯片，但是这些芯片的成本较为昂贵，还不能够实现在重量检测系统中的普及，因此目前国内外的科研小组以及研究所对于高精度重量的检测仍在不断地进行攻坚克难。目前国内外对于重量测量技术的实现上，所取得的现状主要表现在能够实现较高位数的测量结果，六位半的重量检测系统造价已经大幅度降低，国外先进的重量检测技术已经能够达到八位。
本文主要研究内容
本次毕业设计采用了“基于AT89C51单片机的称重计设计”作为研究课题，结合了大学期间所学模电、数电等专业知识，设计了一款能够实现重量检测和超重报警功能的控制系统并实现了如下的技术指标：
1、能够实现0~10kg重量的快速测量；
2、实时显示待测物体的重量，通过高清晰度液晶屏进行显示；
3、具有超重报警功能，当待测物体的重量大于报警重量时，发出报警信号；
4、报警重量可通过按键进行设置。
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
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