基于单片机的电子秤设计课件.ppt

1、电阻式传感器应用实例一：称重传感器性能指标举例nWAZ-4 柱式拉压力传感器 n1、产品介绍 可用于拉、压力值的测量，输出对称性好，抗偏载能力强。适用于各种配料秤、吊钩秤及各类专用秤等。可选择内置式变送器，标准信号010mA、420mA或05V输出。n2、技术指标量程范围(kg)100kg20t综合精度(%F.S)0.05（线性+滞后+重复性）灵敏度(mv/v)2.00.1蠕变(%F.S/30min)0.05零点输出(%F.S)1 n2、技术指标零点温度影响(%F.S/10)0.05输出温度影响(%F.S/10)0.05工作温度-20+65输入阻抗()38010输出阻抗()6505绝缘电阻(M

2、)5000安全过载(%F.S)150供桥电压建议10VDC材质合金钢或不锈钢接线方式电源（+）红线，电源（-）绿线输出（+）黄线，输出（-）白线额定输出（灵敏度）： 加额定载荷时和无载荷时，传感器输出信号的差值。由于称重传感器的输出信号与所加的激励电压有关，所以单位是mV/V，并称之为灵敏度。 零点输出：在推荐电压激励下，未加载荷时传感器的输出值对额定输出的百分比。 零点温度影响：环境温度的变化引起的零平衡变化。一般以温度每变化10K时，引起的零平衡变化量对额定输出的百分比来表示。 n灵敏度计算举例：传感器在一定的供电条件下Uin（比如5VDC），载荷达到额定满量程（比如10kg）时的输出变化

3、量Uout（比如10mV）与供电电压的比值：S=Uout/Uin=10mV/5V=2mV/V.二：几种常见应变式传感器S型称重传感器型称重传感器 型号：MS-1 量程：5Kg20000KG精度：0.05%供电：1012VDC灵敏度：20.01mV/V允许过载：120%FS拉式称重传感器拉式称重传感器型号：ET-2 量程：0.1T30T精度：0.05%供电：1012VDC灵敏度：20.01mV/V允许过载：120%FS 型号：GY-2 量程：2T400T精度：0.05%供电：1012VDC灵敏度：20.01mV/V允许过载：120%FS二：几种常见应变式传感器箱式称重传感器箱式称重传感器型号：P

4、E-3 量程：100Kg500Kg精度：0.05%供电：1012VDC灵敏度：20.01mV/V允许过载：120%FS 桥式称重传感器桥式称重传感器 型号：GF-1 量程：10T50T精度：0.05%供电：1012VDC灵敏度：20.01mV/V允许过载：120%FS 吊称称重传感器吊称称重传感器 型号：ET-1 量程：1T20T精度：0.05%供电：1012VDC灵敏度：20.01mV/V允许过载：300%FS 基于单片机的电子秤设计1 电子秤的基本结构及工作原理n(1)承重、传力复位系统 n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，一般包括接受被称物体载荷的承载器、

5、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。n(2)称重传感器n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。n(3)测量显示和数据输出的载荷测量装置n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）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。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。n本系统由6个部分组成：控制器部分、测量部

6、分、数据显示部分、键盘部分和电路电源部分，系统设计总体方案框图如图2.1所示。2 系统组成2.1 控制器部分n 本设计使用单片机作为系统的主控制器使用单片机作为系统的主控制器,以单片机为主控制器可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。n 根据总体方案设计的分析，设计一个简单的系统，可以选用带EPROM的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。INTEL公司的8051和8751都可使用，在这里选用ATMENL生产的AT89SXX系列单片机。nAT89SXX系列与MCS-5

7、1相比有两大优势： 第一，片内存储器采用闪速存储器，使程序写入更加方便； 第二，提供了更小尺寸的芯片，使整个硬件电路体积更小。此外价格低廉、性能比较稳定的MCPU，具有8K8ROM、2568RAM、2个16位定时计数器、4个8位I/O接口。这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求n 最后选择了AT89S52AT89S52这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。AT89S52内部带有8KB的程序存储器，基本上已经能够满足需要。2.2 传感器的选择n选择时不仅要注意其量程和参数，还有考虑到与其相配置的各种电路的设计和设计性价比等。n传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过

8、大量的实验而确定的。其公式如下：nCK0K1K2K3(WmaxW)/N（2.1）其中，C单个传感器的额定量程；W秤体自重；Wmax被称物体净重的最大值；N秤体所采用支撑点的数量；K0保险系数，一般取值在1.21.3之间；K1冲击系数；K2秤体的重心偏移系数；K3风压系数。本设计要求称重范围05kg，重量误差不大0.01kg，nC1.2511.031（201.9）1 9.01205 (2.2)n在实际工作中，要求称重传感器的有效量程在20%80%之间，线性好，精度高。重量误差应控制在0.01Kg，又考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器。n根据式2.2的计算结果，所以我们确定传感

9、器的额定载荷为7.5Kg，允许过载为150%F.S，精度为0.05%，最大量程时误差0.01kg，n本设计采用 L6D电阻应变式传感器,其最大量程为8 Kg. 2.3 放大电路选择 n 称重传感器输出电压振幅范围064mV。而A/D转换的输入电压要求为02V，因此放大环节要有31倍左右的增益。n 电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成R/R，而应变电阻的变化一般都很微小。n 例如：传感器的应变片电阻值120，灵敏系数 K=2，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000，应变电阻相对变化量为：nR/R = K= 21000106 =0.002n由式2-3可以看出电阻变化只有0.24，其电阻变化

10、率只有0.2%。 这样小的电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变计的R/R变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D转换芯片接收的信号。图2.3 利用普通运放设计的差动放大器2.4 A/D转换器的选择nA/D转换部分是将经运放放大后的测量数据进行模数转换，是整个设计的关键。n考虑到本系统中对物体重量的测量和使用的场合，精度要求不是很苛刻，转换速率要求也不高，本设计采用了12位A/D转换器AD574A。AD574A是一种高性能的12位逐次逼进式A/D转换器，它同ADC0809一样是常用的A

11、/D转换器。转换时间为25s，转换精度为0.05%，线性误差为1/2LSB，内部有时钟脉冲源和基准电压源，单通道单极性或双极性电压输入，采用28脚双立直插式封装。芯片内部包含微处理器接口逻辑（有三态输出缓冲器），故可直接与各种类型的8位或者16位的微处理器连接，而无需附加逻辑接口电路，切能与CMOS及TTL电路兼容10V基准电压源四部分构成。3 硬件电路设计硬件电路设计 n根据设计要求与设计思路，此电路由一块AT89S52、按键输入电路、时钟电路、复位电路、LCD显示段码驱动电路、LCD显示位码驱动电路、12位LCD显示器电路、蜂鸣器电路。3.1.1单片机芯片AT89S52介绍nAT89S52

12、是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存器。片上Flash允许程序存储器在系统中可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活有效的解决方案。 AT89S52单片机的最小系统构成与51系列的一致，由时钟电路、复位电路、电源电路及单片机构成。3.2 电源电路设计n根据设计需要传感器与系统其他芯片使用的都是是5V电源。考虑本次设计的实际要求，使系统稳定工作，提高产品的性价比，电源电路的设计决定采用如下方案： 3.3 数据采集部分电路设计 数据采集部分电路包括传感器输出信号放大电路、A/

13、D转换器与单片机接口电路。n3.3.1 传感器和其外围以及放大电路设计+-+-+A2A3A4R11.1KR310KR420KR310KR210KR44KR220KR420KU0R1713KR1612KR1514KR125KR1112KR132KR141KRP1-+V12.5V+-LM324+10Vn这是一个电阻应变片式称重传感器，将电阻应变片贴在金属的弹性体（即力敏感器）上，并连接成一差动全桥电路。电阻应变片实心轴沿轴向线应变为：n (3.1)n实心轴沿圆周向线应变为：n(3.2)n金属材料的电阻相对变化公式为：lllrrrKERdRRR21(3.3) 把3.1、3.1代入3.3可以得到其输出

14、电压为：AEFU12kU0(3.4) 图3.6 AD574与AT89S52的接线图3.3.2 A/D转换芯片与AT89S52单片机接口电路设计n3.5键盘处理部分n由于电子秤需要设置单价（十个数字键），还具有确认、删除等功能，总共需设置17个键（包括一个复位键）。键盘的扩展使用以下方案：n采用矩阵式键盘：矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线，一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上。图3.7给出了一个44的矩阵键盘结构的键盘接口电路，图中的每一个按键都通过不同的行线和列线与主机相连这。44矩阵式键盘，共可以安装16个键，但只需要8条测试线。当键盘的数量大于8时，一般都采用矩阵式键盘。n图3.7矩阵式键盘n结合本设计的实际要求，16个按键使用44矩阵式键盘，另外一个复位键使用独立式按键实现。3.4显示电路 本设计采用是LCD显示。 图3.7 矩阵式键盘