电子秤设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.84M 资料格式：doc 举报版权申诉

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第1章绪论

1.1 引言

1.2 课题概述

1.2.1 电子秤的称重原理

1.2.2 电子秤的分类

1.3 选题背景和意义

1.4 国内外电子称发展及成果

1.5 数字电子秤的发展趋势

1.6 本论文的研究内容及结构安排

2.1 系统设计要求

2.2 硬件方案

2.3 称重传感器

2.4 电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路

第3章系统硬件设计

3.1 单片机AT89S52及其电路

3.2 液晶屏电路

3.3 矩阵键盘电路

3.4 电源电路

第4章系统软件设计

4.1 C语言在单片机中的应用

4.2 Protel软件组成

4.2.1 原理图设计模块（Schematic模块）

4.2.2 印制电路板设计模块（PCB设计模块）

4.2.3 电路信号仿真模块

4.3 PCB板设计

4.3.1 定元件的封装

4.3.2 建立PCB板框

4.3.3 载入网络表

4.3.4 布局

4.3.5 PCB设计遵循的规则

4.4 电子称的软件设计与实现

4.5 主程序流程图

第5章下载与调试

5.1 USB转串口驱动安装

5.2 下载程序

5.3 运行与使用

5.3.1 上电运行

5.3.2 键盘操作说明

5.3.3 常用使用步骤

总结

致谢

参考文献

附录1 程序代码

西南科技大学本科生毕业论文 I 数字电子秤设计摘要:该设计以 51 系列单片机 AT89S52 为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步的设计各个单元功能模块，系统的硬件部分可以分为最小系统、数据采集、人机交互界面和系统电源四大部分。最小系统部分主要包括 AT89S52 以及外围电路组成；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，包括 24 位 A/D 转换器 HX711；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用诺基亚 5110 液晶显示器，可以方便的输入数据和直观的显示中文。系统电源直接通过 USB 线与电脑的 USB 口连接供电。软件部分应用单片机 C 语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为 0～9.999Kg，重量误差不大于±0.005Kg）可以设定商品的单价。整个系统结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。关键词：单片机；压力传感器；HX711；液晶显示

西南科技大学本科生毕业论文 II Design of digital electronic weighing scales Abstract:The design of 51 series single-chip microcomputer AT89S52 as the control core, realizes the basic control function of electronic scale. In the design of the system, in order to make better use of the modular design method, the design of each unit step function module, the hardware of the system can be divided into the smallest system, data acquisition, man-machine interface and power supply system four parts. Minimum system consists of AT89S52 and peripheral circuits; data acquisition part consists of pressure sensor, signal pre-processing and A / D conversion part, including the 24 bit A / D converter HX711; man-machine interface for keyboard input and liquid crystal display, mainly using the Nokia 5110 LCD display, can easily input data and intuitive display of chinese. System power directly through the USB line and the computer USB port is connected with the power supply. Software application of single-chip C programming language, to achieve the design of the whole control function. The electronic scale can realize the basic function of weighing ( weighing range of 0 ~ 9.999Kg, weight error not greater than + / - 0.005Kg ) can be set to the price of goods, but also has the ultra range and less range of alarm function. The whole system has the advantages of simple structure, convenient use, complete function, high precision, has the certain development value. Key words: single chip microcomputer,pressure sensor, HX711, liquid crystal display

西南科技大学本科生毕业论文 III 目录第 1 章绪论........................................................................................................................1 1.1 引言.........................................................................................................................1 1.2 课题概述.................................................................................................................1 1.2.1 电子秤的称重原理......................................................................................1 1.2.2 电子秤的分类..............................................................................................1 1.3 选题背景和意义.....................................................................................................2 1.4 国内外电子称发展及成果.....................................................................................3 1.5 数字电子秤的发展趋势.........................................................................................4 1.6 本论文的研究内容及结构安排.............................................................................6 第 2 章系统方案设计........................................................................................................8 2.1 系统设计要求.........................................................................................................8 2.2 硬件方案.................................................................................................................8 2.3 称重传感器.............................................................................................................8 2.4 电子秤专用 24 位 AD 转换芯片 HX711 及其电路........................................... 12 第 3 章系统硬件设计......................................................................................................15 3.1 单片机 AT89S52 及其电路..................................................................................15 3.2 液晶屏电路...........................................................................................................18 3.3 矩阵键盘电路.......................................................................................................19 3.4 电源电路...............................................................................................................20 第 4 章系统软件设计........................................................................................................24 4.1 C 语言在单片机中的应用................................................................................... 24 4.2 PROTEL 软件组成................................................................................................. 25 4.2.1 原理图设计模块（Schematic 模块）...................................................... 25 4.2.2 印制电路板设计模块（PCB 设计模块）............................................... 25 4.2.3 电路信号仿真模块....................................................................................25 4.3 PCB 板设计.......................................................................................................... 26 4.3.1 定元件的封装............................................................................................26 4.3.2 建立 PCB 板框.......................................................................................... 26

西南科技大学本科生毕业论文 IV 4.3.3 载入网络表................................................................................................27 4.3.4 布局............................................................................................................27 4.3.5 PCB 设计遵循的规则............................................................................... 28 4.4 电子称的软件设计与实现...................................................................................29 4.5 主程序流程图.......................................................................................................30 第 5 章下载与调试............................................................................................................31 5.1 USB 转串口驱动安装............................................................................................ 31 5.2 下载程序................................................................................................................ 31 5.3 运行与使用............................................................................................................ 33 5.3.1 上电运行......................................................................................................33 5.3.2 键盘操作说明..............................................................................................35 5.3.3 常用使用步骤..............................................................................................36 总结..................................................................................................................................37 致谢..................................................................................................................................39 参考文献..............................................................................................................................40 附录 1 程序代码...............................................................................................................41

西南科技大学本科生毕业论文第 1 章绪论 1.1 引言在我们生活中经常都需要测量物体的重量，于是就用到秤，但是随着社会的进步、科学的发展，我们对其要求操作方便、易于识别。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。电子秤向提高精度和降低成本方向发展的趋势引起了对低成本、高性能模拟信号处理器件需求的增加。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。 1.2 课题概述 1.2.1 电子秤的称重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，传感器随之产生力一电效应，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必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。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。通常信号的放大、滤波、 A/D 转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。其中压力传感器大多数采用电阻应变片压力传感器，由于应变片的体积较小，市场上有多种规格可供选择，而且可以针对弹性敏感元件的形式可以灵活设计来适应各种应用场合的要求，所以应变片式压力传感器得到广泛的应用，而电子秤也大多采用此种传感器。 1.2.2 电子秤的分类 1、按放置位置分类桌面秤：指全称量在 30kg 以下的电子秤 1

西南科技大学本科生毕业论文台秤：指全称量在 30-300kg 以内的电子秤地磅：指全称量在 300kg 以上的电子秤 2、按精确度分类 Ⅰ级：特种天平精密度≥1/10 万基准衡器 Ⅱ级：高精度天平 1/1000≤精密度＜1/10 万精密衡器 Ⅲ级：中精度天平 1/1000≤精密度＜1/1 万工业、商业衡器 Ⅳ级：普通秤 1/100≤精密度＜1/1000 粗衡器 3、按用途分类第一级：质量比较仪、分析天平研究机构、制药厂、化学工厂、油漆与染料厂。第二级：第珠宝天平、实验室天平、纺织天平、工业天平食品业、电子业、银楼、制药厂、学校实验室、纺织厂。第三级：计价秤、计重秤、计数秤市场、各类工厂。第四级：体重秤、厨房秤、家庭。 1.3 选题背景和意义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。电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子秤与机械秤比较有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。例如标签秤在超市中的应用已经是耳闻目睹的了。一张小小的标签包含着：品名、价格、重量等，一一列表在这小小的电子标签上。标签机的使用大大加快了销售速度，也方便了顾客。顶尖条码标签称有着许多卓越的特点，以太网功能使管理更加方便。 2

西南科技大学本科生毕业论文因此，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，随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。经过 40 多年的不断改进与完善，衡器技术也在不断进步和提高。从世界水平看，衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。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。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。 1.4 国内外电子称发展及成果随着第二次世界大战后的经济繁荣，为了把称重技术引入到生产工艺过程中去，对称重技术提出了心动要求，希望称重过程自动化，为此电子技术渗入衡器制造业。在 1954 年使用了带新式打印机的倾斜式秤，其输出信号能控制商用结算器，并且用电磁铁机构与人工操作的按键与办公机器联用。在 1960 年开发出了与衡器相联的专门称重值打印机。当时带电子装置的衡器其称量工作是机械式的，但与称量有关的显示、记录、远传式控制器等功能是电子方式的。电子称的发展过程与其他事物一样，也经历了由简单到复杂、又粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。特别是近 30 年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。近年来电子称已愈来愈多地参与到数据的处理和控制过程中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可或缺的组成部分。随着称重传感器各项性能的不断突破，为电子称的发展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在 20 世纪 60 年代就出现了 0.1%称量准确度的电子称，并在 3

西南科技大学本科生毕业论文 70 年代中期约对 75%的机械称进行了机电结合式改造。我国的衡器在 20 世纪 40 年代以前还全是机械式的，40 年代开始发展了机电结合式的衡器。50 年代开始出现了以称重传感器为主的电子衡器。80 年代以来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造。已由传统的机械式衡器步入集传感器、微电子技术、计算机技术与一体化的电子衡器发展阶段。目前，由于电子衡器具有称量快、读数方便、能在恶劣条件下工作、便于与计算机技术相结合而实现称重技术和过程控制的自动化特点，已被广泛应用于工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等各个部门、随着称重传感器技术以及超大规模集成电路和微处理器的进一步发展，电子称重技术及其应用范围将更进一步的发展，并被人们越来越重视。电子衡器产品量大面广、种类繁多，从通用的各种规格的电子称到大型的电子称重系统，从单纯的称重、计价到生产过程检测系统的一个测量控制单元，其应用领域不断地扩大。根据近些年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子称的发展动向为：小型化、模块化、智能化、集成化；其技术性能趋向于速率高、准确度高、可靠性高；其应用性趋向综合性、组合性。表 1.1 为国内外电子秤衡器准确度对比：表 1-1 国内外电子秤衡器准确度对比名称商用静态秤静态工艺秤动态计量皮带秤动态轨道衡动态汽车衡国内准确度 3000d 0.15%—0.3% 0.25%—0.5% 0.2 级 0.2 级 1.5 数字电子秤的发展趋势国外准确度 6000d 0.1%—0.3% 0.1%—0.25% 0.2 级 0.2 级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。 1、小型化体积小、高度低、重量轻，即小、薄、轻。近几年新研制的电子平台秤结构充 4

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