⭐ 欢迎来到虫虫下载站！ | 📦 资源下载 📁 资源专辑 ℹ️ 关于我们
⭐ 虫虫下载站
📤 上传资源

📄 实用电子秤.htm

📁 本人参见电子竞赛的时候搜集和整理的有关电子秤的资料
💻 HTM
📖 第 1 页 / 共 5 页
字号:
🔍
12345 
<P class=style27 align=center><STRONG>第一部分： 方案论证与比较 </STRONG></P>
<P class=style27><STRONG>一、控制器部分 </STRONG></P>
<P class=style27>本系统基于 
51系列单片机来实现，因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。不宜采用大规模可编程逻辑器件：CPLD、FPGA来实现。（因为大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现，即所解决的问题都是规则的有限状态转换问题。本系统状态较多，难度较大。）另外系统没有其它高标准的要求，我们最终选择了AT89S52通用的比较普通单片机来实现系统设计。内部带有8KB的程序存储器，在外面扩展了32K数据存储器，以满足系统要求。 
</P>
<P class=style27><STRONG>二、数据采集部分 </STRONG></P>
<P class=style27><STRONG>（ 1 ）、传感器 </STRONG></P>
<P class=style27 align=left>题目要求称重范围 9.999Kg ，重量误差不大于 <IMG height=11 
src="实用电子秤.files/20060221151542531.jpg" width=46>Kg 
，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— <IMG height=14 
src="实用电子秤.files/20060221151542416.jpg" width=54>。我们选择的是 L-PSIII 型传感器，量程 20Kg 
，精度为 <IMG height=11 src="实用电子秤.files/20060221151543435.jpg" width=39>，满量程时误差 
<IMG height=10 src="实用电子秤.files/20060221151543593.jpg" width=7>0.002Kg 
。可以满足本系统的精度要求。其原理如下图所示： </P>
<P class=style27 align=center><IMG height=162 
src="实用电子秤.files/20060221151543333.jpg" width=240></P>
<P class=style27 
align=left>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： <IMG 
height=42 src="实用电子秤.files/20060221151544666.jpg" width=364></P>
<P class=style27 align=left><STRONG>（ 2 ）、前级放大器部分 </STRONG></P>
<P class=style27>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。 我们考虑可以采用以下几种方案可以采用： </P>
<P class=style27>方案 一 、利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。 </P>
<P class=style27>普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于 A/D 
转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此中方案不宜采用。 </P>
<P class=style27>方案二、由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。 </P>
<P class=style27 align=left>差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放 ( 如 OP07) 做成一个差动放大器。 
</P>
<P class=style27 align=center><IMG height=230 
src="实用电子秤.files/20060221151545618.jpg" width=500></P>
<P class=style27 align=left>电阻 R1 、 R2 电容 C1 、 C2 、 C3 、 C4 用于滤除前级的噪声， C1 、 C2 
为普通小电容，可以滤除高频干扰， C3 、 C4 为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。 </P>
<P class=style27 align=left>优点：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器 R6 
可以调节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。 </P>
<P class=style27 align=left>缺点：此电路要求 R3 、 R4 
相等，误差将会影响输出精度，难度较大。实际测量，每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。 </P>
<P class=style27>方案 三 ：采用专用仪表放大器，如： INA126，INA121等。 </P>
<P class=style27>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。 </P>
<P class=style27>以 INA126为例,接口如下图所示： </P>
<P class=style27 align=center><IMG height=124 
src="实用电子秤.files/20060221151545807.jpg" width=223></P>
<P class=style27>放大器增益 <IMG height=38 src="实用电子秤.files/20060221151546668.jpg" 
width=92>，通过改变 <IMG height=15 src="实用电子秤.files/20060221151546409.jpg" 
width=17>的大小来改变放大器的增益。 </P>
<P class=style27 align=left>基于以上分析，我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器 INA126 。 </P>
<P class=style27 align=left><STRONG>（ 3 ）、 A/D 转换器 </STRONG></P>
<P class=style27>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 <IMG height=11 
src="实用电子秤.files/20060221151546384.jpg" width=39>以下 </P>
<P class=style27>12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=2.44g </P>
<P class=style27>14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=0.61g </P>
<P class=style27>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。 
</P>
<P class=style27 align=left>方案一、逐次逼近型 A/D转换器，如：ADS7805、ADS7804等。 </P>
<P class=style27 align=left>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。 </P>
<P class=style27>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。 
</P>
<P class=style27>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。 </P>
<P class=style27>方案二、双积分型 A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109等。 </P>
<P class=style27>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 <IMG 
height=14 src="实用电子秤.files/20060221151546626.jpg" 
width=46>），可自动调零，超量程信号，全部输出于TTL电平兼容。 </P>
<P class=style27>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）已有良好的滤波作用。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。 
</P>
<P class=style27>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足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我们最终选择了ICL7135。 
</P>
<P class=style27><STRONG>三、人机交互界面 </STRONG></P>
<P class=style27><STRONG>（ 1 ）、键盘输入 </STRONG></P>
<P class=style27>键盘输入是人机交互界面中最重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。 我们采用了专用的键盘显示芯片 ZLG 7289。 
</P>
<P class=style27>Intel8279 是一种比较成熟的可编程键盘 / 显示芯片，可以满足小系统的要求。 </P>
<P class=style27>ZLG7289 是周立功单片机公司设计的串行输入输出可编程键盘 / 显示芯片有强大的键盘显示功能，支持 64 
键控制。可以比较方便的扩展系统。另外 ZLG7289 内部有译码电路，大大简化了程序。 </P>
<P class=style27>我们选择功能更好的 ZLG7289 作为键盘扫描显示芯片 </P>
<P class=style27><STRONG>（ 2 ）、显示输出 </STRONG></P>
<P class=style27>虽然 ZLG7289 
具有控制数码管显示的功能，但考虑到本题目要求中文显示，数码管无法满足，只能考虑用带有中文字库的液晶显示器。由于可以分页显示，无需太大屏幕，我们选择了点阵式 
128 × 64 型 LCD — OCM4X8C 。 </P>
<P class=style27 align=center><STRONG>第二部分：具体实现方案 </STRONG></P>
<P class=style27><STRONG>一、硬件组成： </STRONG></P>
<P class=style27><STRONG>（一）、硬件结构框图如下： </STRONG></P>
<P class=style27 align=center><IMG height=127 
src="实用电子秤.files/20060221151547131.jpg" width=452></P>
<P class=style27><STRONG>（ 二）、各部分硬件电路实现 </STRONG></P>
<P class=style27><STRONG>(1)、基于AT89S52的主控电路图 </STRONG></P>
<P class=style27><STRONG><IMG height=500 src="实用电子秤.files/20060221151554565.jpg" 
width=651></STRONG></P>
<P class=style27>主控电路以 89C52为核心扩展32K 
RAM；单片机使用6M晶振，P0口外接上拉电阻，增大了带负载能力；A12～A15接74LS138译码器，输出作外部片选信号。 
扩展了几个接口用于其它部分于单片机的通信 </P>
<P class=style27><STRONG>（ 2）前端信号处理 </STRONG></P>
<P class=style27>INA126构成的放大器及滤波电路： </P>
<P class=style27 align=center><IMG height=243 
src="实用电子秤.files/20060221151607601.jpg" width=497></P>
<P class=style27>通过调节 <IMG height=15 src="实用电子秤.files/20060221151609625.jpg" 
width=16>的阻值来改变放大倍数。微弱信号Vi1和Vi2被分别放大后从INA126的第6脚输出。A/D转换器ICL7135的输入电压变化范围是-2V～+2V，传感器的输出电压信号在0～20mv左右，因此放大器的放大倍数在200～300左右，可将 
<IMG height=15 src="实用电子秤.files/20060221151609945.jpg" width=16>接成 <IMG 
height=11 src="实用电子秤.files/20060221151609154.jpg" width=27>的滑动变阻器。 </P>
<P class=style27>由于 
ICL7135对高频干扰不敏感，所以滤波电路主要针对工频及其低次谐波引入的干扰。因为压力信号变化十分缓慢，所以滤波电路可以把频率做得很低。 </P>
<P class=style27><STRONG>（ 3）A/D转换器 </STRONG></P>
<P class=style27>基于 ICL7135的A/D转换器实现电路： </P>
<P class=style27 align=center><IMG height=296 
src="实用电子秤.files/20060221151609946.jpg" width=532></P>
<P class=style27>基准源选用芯片 MC1403 2.5V分压得到： </P>
<P class=style27 align=center><IMG height=268 
src="实用电子秤.files/20060221151613637.jpg" width=344></P>
<P class=style27>由于 
ICL7135内部没有振荡器，所以需要外接。但A/D转换器精度与时钟频率的漂移无关。正向积分时间T1和反向积分时间T2按相同比例增加并不影响测量的结果。ICL7135的时钟频率典型值为200kHz最高允许为1200kHz，时钟频率越高，转换速度越快。每输出一位BCD码的时间为200个时钟周期，选通脉冲位于数据脉冲的中部，如果时钟频率太高，则数据的接受程序还没有接受完毕，数据就已经消失了。考虑到此系统频率要求不是太高，且单片机的工作频率也不是很高，因此我们取时钟频率的典型值：200kHz。由于频率比较低，对时钟漂移要求不高，我们采用阻容方式实现了基本的振荡电路。如下： 
</P>
<P class=style27 align=center><IMG height=169 
src="实用电子秤.files/20060221151613334.jpg" width=360></P>
<P class=style27>振荡频率约为 160kHz。 </P>
<P class=style27>此外 
ICL7135外部还需要外接积分电阻、积分电容，但A/D转换器精度与外接的积分电阻、积分电容的精度无关，故可以降低对元件质量的要求。不过积分电容和积分电容的介质损耗会影响到A/D转换器的精度，所以应采用介质损耗较小的聚丙乙烯电容 
</P>
<P 
class=style27>ICL7135还需要外接基准电源，这是因为芯片内部的基准源一般容易受到温度的影响，而基准电源的变化会直接影响转换精度。所以当精度要求较高时，应采用外接基准源。一般接其典型值1V。 
</P>
<P class=style27><STRONG>(4) 、人机交互界面 </STRONG></P>
<P class=style27>(a) 、键盘接口图： </P>
<P class=style27 align=center><IMG height=211 
src="实用电子秤.files/20060221151613826.jpg" width=591></P>
<P class=style27>键盘控制芯片 ZLG7289 控制键盘的扫描，当监测到有键按下后 ZLG7289 的 9 
脚便产生一个低电平通知单片机，单片机可以采用查询或者中断方式将数据通过 P1.5 以串行方式读入。因为查询方式会浪费大量的时间 , 所以本系统采用的是中断方式。 
</P>
<P class=style27>(b) 、 LCD 显示接口电路 </P>
<P class=style27 align=center><IMG height=254 
src="实用电子秤.files/20060221151616844.jpg" width=369>. </P>
<P class=style27>LCD 复位信号通过反相器接到单片机的 RESET 上，上电或手动复位时将随单片机同时复位。由于复位后并行口输出高电平， 
LCD 处于选中状态，此时 LCD 将输出内部状态字，将会影响数据总线上的数据传输。所以外接一个反相器。 </P><SPAN 
class=style27><STRONG><BR></STRONG></SPAN>
<P class=style27><STRONG>二、软件组成： </STRONG></P>
<P class=style27><STRONG>（一）、流程图 </STRONG></P>
<P class=style27>&nbsp;</P>
<P class=style27>主程序流程如图所示： </P>
<P class=style27 align=center><IMG height=593 
src="实用电子秤.files/20060221151618506.jpg" width=350></P>
<P class=style27>中断服务程序流程图如下： </P>
<P class=style27 align=center><IMG height=739 
src="实用电子秤.files/20060221151620695.jpg" width=411></P><SPAN 
class=style27><STRONG><BR></STRONG></SPAN>
<P class=style27>&nbsp;</P>
<P class=style27><STRONG>（ 2）、软件说明 </STRONG></P>
<P class=style27>由于涉及到大量数据的运算，程序不宜采用汇编语言， C语言大大缩短了开发时间，且程序可读性非常好。 </P>
<P class=style27>程序中对 AD采入的数据进行了数字滤波，进一步减小AD读入数据的误差。 </P>
<P class=style27>7289键盘控制采用中断方式，加快了程序的执行效率。 </P>
<P class=style27>详细的操作过程见使用说明。 </P>
<P class=style27>&nbsp;</P>
<P class=style27 align=center><STRONG>第三部分：测试及结果分析 </STRONG></P>
<P class=style27>&#8226;&nbsp; <STRONG>测试结果及误差分析： </STRONG></P>
<TABLE borderColor=#e4e4e4 cellSpacing=0 cellPadding=3 align=center border=1>
  <TBODY>
  <TR>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>砝码重量（ g ） </P></TD>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>实际显示重量 1 （ g ） </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=118>
      <P align=center>实际显示重量 2 （ g ） </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=108>
      <P align=center>实际显示重量 3 （ g ） </P></TD></TR>
  <TR>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>100 </P></TD>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>99 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=118>
      <P align=center>99 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=108>
      <P align=center>98 </P></TD></TR>
  <TR>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>150 </P></TD>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>148 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=118>
      <P align=center>147 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=108>
      <P align=center>149 </P></TD></TR>
  <TR>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>200 </P></TD>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>195 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=118>
      <P align=center>197 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=108>
      <P align=center>198 </P></TD></TR>
  <TR>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>250 </P></TD>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>244 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=118>
      <P align=center>246 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=108>
      <P align=center>244 </P></TD></TR>
  <TR>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>300 </P></TD>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>295 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=118>
      <P align=center>296 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=108>
      <P align=center>294 </P></TD></TR>
  <TR>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>350 </P></TD>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>342 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=118>
      <P align=center>344 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=108>
      <P align=center>343 </P></TD></TR>
  <TR>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>400 </P></TD>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>393 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=118>
      <P align=center>395 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=108>
      <P align=center>396 </P></TD></TR>
  <TR>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>450 </P></TD>
    <TD class=style27 width=119>
      <P align=center>443 </P></TD>
    <TD class=style27 vAlign=top width=118>
12345

⌨️ 快捷键说明

复制代码 Ctrl + C
搜索代码 Ctrl + F
全屏模式 F11
切换主题 Ctrl + Shift + D
显示快捷键 ?
增大字号 Ctrl + =
减小字号 Ctrl + -