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电子秤设计摘要本系统采用单片机 AT89S52 为控制核心,实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统板,数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器,数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和 A/D 转换部分组成。人机界面部分为键盘输入和 128? 64点阵式液晶显示,可以直观的显示中文,使用方便。软件部分应用单片机 C语言实现了本设计的全部控制功能,包括基本的称重功能、累计计费功能、去皮功能以及显示购物清单的功能,可以设定 10 种商品的单价,由于系统资源丰富,还可以方便的扩展其应用。 。要求用仿真软件对电路进行验证,使其满足:能用简易键盘设置单价,对采集到的代表重量的信号能同时显示重量、金额和单价;重量显示的单位为公斤,最大称重为 公斤;单价和总价的单位为元,最大金额数值为 9 元;具有去皮功能和总额累加计算功能。自拟 10 种商品名称,能显示购物清单,清单内容包括:商品名称,数量,单价,金额,本次购物总金额、购货日期、收银员编号和售货单位名称,具有中文显示功能。 2. 方案设计 设计思路根据设计要求,首先要实现电子秤的称重基本功能,需要通过重量传感器采集到的重量信号,经处理后由模数转换转换成数字量,因此每一数字量就对应着一个物体的重量(在一定精度范围内) ,所以只要将转换的数字量与物体重量建立映射的关系即可完成称重的要求。而其他功能这可通过程序运算来实现。总体结构框图如下: 2 设计方案 . 控制器部分本系统基于 51 系列单片机来实现,选择了 AT89S52 通用的比较普通单片机来实现系统设计,其内部带有 8KB 的程序存储器,可以满足系统设计需求。 数据采集部分 1)传感器要求称重范围 ,考虑到秤台自重、振动和冲击分量,还要避免超重损坏传感器,所以传感器量程必须大于额定称重— 。我们选择的是 L-PSIII 型传感器,量程 20Kg ,精度为%01 .0 ,满量程时误差? 。可以满足本系统的精度要求。其原理如下图所示: 称重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,输出信号电压可由下式给出: 2)前级放大器部分压力传感器输出的电压信号为毫伏级,所以对运算放大器要求很高。通过综合考虑我们采用专用仪表放大器芯片,如: INA126 , INA121 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、线性度好, 并且外部接口电路简单。 3 以 INA126 为例,引脚电路如下图所示: 放大器增益 GR KG ??? 80 5 ,通过改变 GR 的大小来改变放大器的增益。 3..总体工作电路原理图 A/D 转换器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%03 .0 以下。 12位 A/D 精度: 10Kg/4096= 14位 A/D 精度: 10Kg/16384= 考虑到其他部分所带来的干扰,12 位 A/D 无法满足系统精度要求。所以我们需要选择 14位或者精度更高的 A/D 。方案一、逐次逼近型 A/D 转换器,如: ADS7805 、 ADS7804 等。逐次逼近型 A/D 转换,一般具有采样/保持功能。采样频率高,功耗比较低,是理想的高速、高精度、省电型 A/D 转换器件。高精度逐次逼近型 A/D 转换器一般都带有内部基准源和内部时钟,基于 89C52 构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。 4 但考虑到所转换的信号为一慢变信号,逐次逼近型 A/D 转换器的快速的优点不能很好的发挥,且根据系统的要求, 14位 AD 足以满足精度要求,太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。方案二、双积分型 A/D 转换器:如: ICL7135 、 ICL7109 等。双积分型 A/D 转换器精度高,但速度较慢(如: ICL7135 ),具有精确的差分输入, 输入阻抗高(大于?M 310 ),可自动调零,超量程信号,全部输出于 TTL 电平兼容。双积分型 A/D 转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零, 所以对 50HZ 的工频干扰抑制能力较强,对高于工频干扰(例如噪声电压)有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零,对输出就不产生影响。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。积分型 A/D 转换器可大大降低对滤波电路的要求。作为电子秤, 系统对 AD 的转换速度要求并不高,精度上 14位的 AD 足以满