基于51单片机的电子秤的设计

摘要

本设计是基于单片机的称重仪，它的硬件电路设计包括单片机最小系统、A/D 转换器、称重传感器、语音电路、LED显示电路、±5V稳压电源电路等几部分设计内容。其中压力传感器输出响应的模拟电压信号，经过模/数转换（A/D变换）后就得到数字量D。但是，数字量D并不是重物的实际重量值W，W 需要由数字量D 在控制器内部经过一系列的运算——即数据处理才能得到。整个设计系统由Atmel 公司生产51系列89S51单片机进行控制；软件实现功能开机检测，主要是开机后自动逐个扫描LED数码管，以防止某段数码管损坏造成视觉误差；出于人性化考虑我们还可以增加语音电路，实现自动语音播报重量。

关键词：称重仪；单片机；LED

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2课题目的与意义 1

1.3课题设计要求 2

1.4称重仪的国内外现状 2

本章小结 2

第2章称重仪的总系统设计与各模块方案选型 3 2.1 称重仪的总系统框图 3

2.2称重仪的主控制系统设计 4

2.2.1 称重仪的主控制系统结构 4

2.2.2 称重仪的主控制系统工作原理 4

2.3 称重仪各模块的方案选型 5

2.3.1 电源模块方案选型 5

2.3.2 数据采集模块方案选型 5

2.3.3 主控制器模块方案选型 6

2.3.4 数据显示模块方案选型 6

2.3.5 报警模块方案选型 6

本章小结 6

第3章称重仪的各单元电路设计 7

3.1 所用单片机的简介 7

3.1.1单片机的最小系统设计 7

3.2 电源电路设计 8

3.3 称重传感器电路设计 9

3.3.1传感器的工作原理 9

3.4前级放大器电路设计 11

3.5 A/D转换器电路设计 12

3.5.1A/D转换器原理 12

3.5.2 A/D转换器外围电路 15

3.6 显示电路设计 16

3.6.1 LED 结构与原理 18

3.6.2 动态显示 LED 显示器接口 19 本章小结 21

第4章称重仪的系统程序设计 22 4.1 主程序设计 22

4.2 MAX187转换程序设计 23 4.3显示程序设计 24

本章小结 25

第五章称重仪的安装与调试 26

本章小结 26

结论 27

致谢 28

参考文献 29

第1章绪论

1.1 课题背景

称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重发展：计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防

建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。

1.2课题研究目的与意义

随着自动化测试技术的发展，传统的称重系统在功能、精度、性价比等方面已难以满足人们的需要，尤其在智能化、便捷式、对微小质量的测量方面更显得力不从心。笔者采用以AT89S51单片机为控制核心，结合高敏度的电阻式应变式压力传感器和高精度的A/D转换器，设计称重系统的总体结构及软件、硬件。实现物体质量、控制及显示报告的电气化与智能化。

称重仪是电子衡器的一种，电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段,对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。电子衡器具有反应速度快、测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传便于计算机控制等特点，被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口建筑机械制造和国防等各个领域。

在工业现场和环境中干扰源是各种各样的，如噪音干扰、工频干扰等，抗工频干扰能力成为衡量电子衡器性能的重要指标。为了具备这一性能，市场上的电子衡器的电路普遍较复杂，相对地，成本也较高。而本产品电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。

1.3称重仪的国内外发展现状

1.3.1 国内外称重仪现状

50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到国际90年代中期的水平,少数产品的技术已处于国际领先水平。国内的电子秤市场中,1009左右量程的电子秤精度一般为0.019即10mg。在研究方法上,电子称重系统的工作原理一般是将作用在承载器上的质量或力的大小,通过压力

传感器转换为电信号,并通过控制电路来处理该电信号。电子衡器制造技术及应用得到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重发展：计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。

在国际上,一些发达国家在电子称重力一面已经达到了较高的水平。特别是在准确度和可靠性等方面有了很大的提高。在称重传感器方面,国外电子秤产品的品种和结构又有创新,技术功能和应用范围不断扩大,成果举例如下:

(l)美国Revere公司研制出PUS型具有大气压力补偿功能的拉压两用的称重传感器,用于高准确度检验平台,称重平台,准确度可达5000d。

(2)德国HBM公司研制成功C2A、 C16A两种不同结构的1-100t具有耐压外壳保护的防爆称重传感器,其防爆性能符合欧洲EN50014和EN50018d级标准。

(3)美国斯凯梅公司研制出新一代高准确度不锈钢F6Ox系列5-5000kg称重传感器,准确度6000d。用于湿度大,腐蚀性强的环境中,而且防水。

(4)德国塞特内尔公司研制出以被青铜为弹性体材料,快速称重用200型称重传感器。其特点是线性好,固有频率高,动态响应快。独创油阻尼装置与过载保护装置一体化,保证称量时速度快,工作寿命长。组装3一30kg电子平台秤,准确度可达4000d。

但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。

1.3.1 称重仪的发展趋势

台式电子计价秤具在商业贸易中的使相当普遍,但应用场所受到制约。电子秤产品的应用性能趋向上更综合性和组合性。

(1)小型化

新研制的电子平台秤结构充分体现了体积小、高度低、重量轻(即小、薄、轻)的发展方向。对于低容量的电子平台秤和电子轮轴秤,可采用薄型或超薄型的圆形称重传感器,这样不但降低了成本,而且提高了稳定性和可靠性[4]。对中等或较大容量的电子平台秤、电子地上衡,已经出现了采用方形或长方形闭合截面的薄壁型钢焊接成秤体,这是一种很有发展一前途的秤体结构。对于大型电子平台秤,可利用有限单元法进行等强度和刚度计算,采用抗弯刚度大的型材和轻型波纹夹心钢板等。