AT89C51单片机电子秤控制系统设计
AT89C51单片机电子秤控制系统设计[20200128194332]
2012年 12月 3 日摘要：本文设计的电子秤是以单片机为主要部件，用汇编语言进行语言设计。通过传感器测量信号，用信号放大系统放大信号，经过A/D转换将信号输送给CPU系统，通过LED显示系统数据，键盘输入操作指令，阀门报警系统可以防止称量的物品超重。基本实现了电子秤的基本功能。具备使用方便，快捷，成本低等特点。适应了现代社会发展的需要。
系统采用89C51作为单片机的主芯片，外围以称重电路，报警电路，显示电路，键盘电路作为系统电路，从而实现自动称重的各种功能。
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关键字:电子秤,AT89C51,单片机,称重传感器,A/D转换器,LED显示器
一﹑引言 3
二、系统方案设计 4
1 电子秤的组成结构 4
2 电子秤设计的要求及基本思路 5
3 单片机的选型 6
4 数据采集模块 6
5 人机交互界面模块 10
三、电子秤硬件的设计和制作 11
1 AT89C51的主控电路 11
2 电子秤的信号处理流程 12
3 人机交互界面模块设计 16
四、电子秤的软件设计 17
1 软件流程图及程序设计 17
五、总结： 18
参考文献 19
致谢 20
附录一：电路原理图 21
附录二：主程序设计及相关程序设计 22
一﹑引言
现代信息技术的三大基础是信息的采集、传输和处理技术。信息采集系统的首要部件是传感器。在一个现代自动检测系统中，如果没有传感器．就无法监测与控制表征生产过程中各个环节的各种参量，也就无法实现自动控制。在现代技术中，传感器实际上是现代测试技术和自动化技术的基础
我们设计了一台基于51单片机的智能电子秤。本系统通过称重传感器采样，A/D转换后输入单片机，通过按键设置单价后，经过单片机主控制器件的处理后，液晶上就会显示：商品的名称、数量、重量，单价、本次购物总金额，同时语音播报以上内容，达到了数字化、智能化的要求。
二、系统方案设计
1 电子秤的组成结构
1.1 电子秤的基本结构
电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。由以下三部分组成：
1.1.1 承重、传力复位系统
它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体。
对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。
1.1.2 测量显示和数据输出的载荷测量装置
即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。
1.2 电子秤的工作原理
当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。
：
图一 电路框架图
2 电子秤设计的要求及基本思路
2.1 电子秤设计的要求
1) 称重范围：不超过9.999Kg
2) 测量精度：≤ 0.005Kg
3) 显示方式：LCD显示所称量的物品重量，同时还可显示物品的名称，数量，单价，金额和所有物品的总金额。
4) 使用操作：键盘输入数据，操作简单方便。
5) 特殊功能：具有去皮功能以及能将金额累加计算；具有超重报警功能。
2.2 电子秤设计的基本思路
将电子秤大致能划分为三大部分，数据采集模块、控制器模块和人机交互界面模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。此外添加了一个过载、欠量报警提示的特殊功能。
3 单片机的选型
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
4 数据采集模块
4.1 传感器
称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%~70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此正确地选用称重传感器非常重要。
电阻应变片的电阻变化用一般测量电阻的仪表很难测出，必须采用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转变成电压或电流的变化，才能用二次仪表显示出来。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。
图二电阻应变式称重传感器工作原理框图
当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。
4.2 前级放大器
测量电路中常设有模拟放大环节。这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。
对放大器有如下一些要求：
1) 输入阻抗应远大于信号源内阻。抗共模电压干扰能力强。
2) 在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性。
3) 能附加一些适应特定要求的电路。
4) 本设计采用专用仪表放大器，如：AD620，INA126等。
此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。
图三 INA的接口图
4.3 A/D转换器
在电子秤的设计中用的比较多的是双积分式A/D转换器和△－∑型A/D转换器。
电子秤中常用的双积分式A/D转换电路，它由积分器、比较器、模拟电子开关，积分电阻、积分电容、自动回零电阻、电容组成。其次双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。
A/D转换器选用的原则：
1）A/D 转换器的位数。A/D 转换器决定分辨率的高低。
2）A/D 转换器的转换速率。
3）是否加采样/保持器。
4）A/D 转换器的有关量程引脚。
5）A/D 转换器的启动转换和转换结束。
6）A/D 转换器的晶闸管现象。
为防止这种现象，可采取如下措施：
a、加强抗干扰措施，尽量避免较大的干扰电流进入电路；
b、加强电源稳压滤波措施；
c、在A/D 转换器的电源端接一限流电阻，可在出现晶闸管现象时，有效地把电流限定在允许范围内，以防止烧坏器件。
选择A/D 转换器除考虑上述要点外，为防止对A/D 转换器的技术指标的影响，还要注意以下几个问题：
（1）工作电源电压是否稳定；
（2）外接时钟信号的频率是否合适；
（3）工作环境温度是否符合器件要求；
（4）与其它器件是否匹配；
（5）外接是否有强的电磁干扰；
（6）印刷线路板布线是否合理。
由上面对传感器量程和精度的分析可知：A/D转换器误差应在3g以下。
最终选择了精度为10Kg/ ±20000= ±0.5g的ICL7135。
图四 系统框架设计图
5 人机交互界面模块
2012年 12月 3 日摘要：本文设计的电子秤是以单片机为主要部件，用汇编语言进行语言设计。通过传感器测量信号，用信号放大系统放大信号，经过A/D转换将信号输送给CPU系统，通过LED显示系统数据，键盘输入操作指令，阀门报警系统可以防止称量的物品超重。基本实现了电子秤的基本功能。具备使用方便，快捷，成本低等特点。适应了现代社会发展的需要。
系统采用89C51作为单片机的主芯片，外围以称重电路，报警电路，显示电路，键盘电路作为系统电路，从而实现自动称重的各种功能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:电子秤,AT89C51,单片机,称重传感器,A/D转换器,LED显示器
一﹑引言 3
二、系统方案设计 4
1 电子秤的组成结构 4
2 电子秤设计的要求及基本思路 5
3 单片机的选型 6
4 数据采集模块 6
5 人机交互界面模块 10
三、电子秤硬件的设计和制作 11
1 AT89C51的主控电路 11
2 电子秤的信号处理流程 12
3 人机交互界面模块设计 16
四、电子秤的软件设计 17
1 软件流程图及程序设计 17
五、总结： 18
参考文献 19
致谢 20
附录一：电路原理图 21
附录二：主程序设计及相关程序设计 22
一﹑引言
现代信息技术的三大基础是信息的采集、传输和处理技术。信息采集系统的首要部件是传感器。在一个现代自动检测系统中，如果没有传感器．就无法监测与控制表征生产过程中各个环节的各种参量，也就无法实现自动控制。在现代技术中，传感器实际上是现代测试技术和自动化技术的基础
我们设计了一台基于51单片机的智能电子秤。本系统通过称重传感器采样，A/D转换后输入单片机，通过按键设置单价后，经过单片机主控制器件的处理后，液晶上就会显示：商品的名称、数量、重量，单价、本次购物总金额，同时语音播报以上内容，达到了数字化、智能化的要求。
二、系统方案设计
1 电子秤的组成结构
1.1 电子秤的基本结构
电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。由以下三部分组成：
1.1.1 承重、传力复位系统
它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体。
对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。
1.1.2 测量显示和数据输出的载荷测量装置
即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤滤、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。
1.2 电子秤的工作原理
当被称物体放置在秤体的秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力－电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。
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图一 电路框架图
2 电子秤设计的要求及基本思路
2.1 电子秤设计的要求
1) 称重范围：不超过9.999Kg
2) 测量精度：≤ 0.005Kg
3) 显示方式：LCD显示所称量的物品重量，同时还可显示物品的名称，数量，单价，金额和所有物品的总金额。
4) 使用操作：键盘输入数据，操作简单方便。
5) 特殊功能：具有去皮功能以及能将金额累加计算；具有超重报警功能。
2.2 电子秤设计的基本思路
将电子秤大致能划分为三大部分，数据采集模块、控制器模块和人机交互界面模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。此外添加了一个过载、欠量报警提示的特殊功能。
3 单片机的选型
AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
4 数据采集模块
4.1 传感器
称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的50%~70%。若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此正确地选用称重传感器非常重要。
电阻应变片的电阻变化用一般测量电阻的仪表很难测出，必须采用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转变成电压或电流的变化，才能用二次仪表显示出来。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。
图二电阻应变式称重传感器工作原理框图
当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。
4.2 前级放大器
测量电路中常设有模拟放大环节。这一环节目前主要依靠由集成运算放大器的基本元件构成具有各种特性的放大器来完成。
对放大器有如下一些要求：
1) 输入阻抗应远大于信号源内阻。抗共模电压干扰能力强。
2) 在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性。
3) 能附加一些适应特定要求的电路。
4) 本设计采用专用仪表放大器，如：AD620，INA126等。
此类芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。
图三 INA的接口图
4.3 A/D转换器
在电子秤的设计中用的比较多的是双积分式A/D转换器和△－∑型A/D转换器。
电子秤中常用的双积分式A/D转换电路，它由积分器、比较器、模拟电子开关，积分电阻、积分电容、自动回零电阻、电容组成。其次双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。
A/D转换器选用的原则：
1）A/D 转换器的位数。A/D 转换器决定分辨率的高低。
2）A/D 转换器的转换速率。
3）是否加采样/保持器。
4）A/D 转换器的有关量程引脚。
5）A/D 转换器的启动转换和转换结束。
6）A/D 转换器的晶闸管现象。
为防止这种现象，可采取如下措施：
a、加强抗干扰措施，尽量避免较大的干扰电流进入电路；
b、加强电源稳压滤波措施；
c、在A/D 转换器的电源端接一限流电阻，可在出现晶闸管现象时，有效地把电流限定在允许范围内，以防止烧坏器件。
选择A/D 转换器除考虑上述要点外，为防止对A/D 转换器的技术指标的影响，还要注意以下几个问题：
（1）工作电源电压是否稳定；
（2）外接时钟信号的频率是否合适；
（3）工作环境温度是否符合器件要求；
（4）与其它器件是否匹配；
（5）外接是否有强的电磁干扰；
（6）印刷线路板布线是否合理。
由上面对传感器量程和精度的分析可知：A/D转换器误差应在3g以下。
最终选择了精度为10Kg/ ±20000= ±0.5g的ICL7135。
图四 系统框架设计图
5 人机交互界面模块
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