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航电课程设计 ——基于单片机控制的电子称的设计姓院专年学名：刘孝章、肖程、梁欣系：物理与机电工程学院航空系业：飞行器动力工程级：2010 号：32020102203276 32020102203300 32020102203268 2013 年 7 月 3 日 I

摘要本文设计体重秤以单片机为主要部件，用 C 语言进行软件设计，硬件则以传感器、放大系统、单片机、LED 显示系统、报警系统组成。通过对电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，将电压量纲（V）改为重量纲（kg）加上 LED 显示即成为一台原始电子秤，在此基础上把常规的站式测量改为坐式测量，更贴合现今流行的“懒人文化”。同时增加了报警功能。其中阈值报警功能保护设备不受损坏，超时报警用于提醒用户应站起走动，防止长时间坐着导致的健康问题。关键词：单片机放大器传感器 LED 显示报警 I

目录摘要......................................................................................................................................................I 目录......................................................................................................................................................II 第 1 章总体方案设计...................................................................................................................1 1.1 显示器的选择方案 ...............................................................................................................1 1.2 放大器的选择方案 ...............................................................................................................1 1.3 总体方案的设计...................................................................................................................3 第 2 章硬件设计...........................................................................................................................4 2.1 传感器的设计 .......................................................................................................................4 2.1.1 电阻应变式传感器的连接.................................................................................................4 2.2 单片机控制系统的电路设计 ...............................................................................................5 2.2.1 单片机控制电路的设计.....................................................................................................5 2.3 显示系统电路的设计...........................................................................................................6 2.3.1 LED 数码管的结构............................................................................................................. 6 2.3.2 显示电路的硬件设计.........................................................................................................6 2.4 报警电路的设计...................................................................................................................7 2.5 放大系统的设计...................................................................................................................7 2.6 产品实物图...........................................................................................................................7 第 3 章软件设计...........................................................................................................................8 3.1 程序的设计...........................................................................................................................8 第 4 章调试与结果.....................................................................................................................10 4.1 调试过程 .............................................................................................................................10 4.1.1 放大器输出值不随信号变化...........................................................................................10 4.1.2 差分信号接线问题...........................................................................................................10 4.2 设计结果 .............................................................................................................................10 第 5 章实验感想......................................................................................................................... 11 5.1 刘孝章................................................................................................................................. 11 5.2 肖程 ..................................................................................................................................... 11 5.3 梁欣 ..................................................................................................................................... 11 附录 1.................................................................................................................................................. 12 II

航电课程设计第 1 章总体方案设计在智能化电子测量的设计理念要求下，本设计由以下七部分组成：电阻应变式传感器、放大系统、单片机、LED 显示系统及报警系统。其结构原理图如图 2-1 所示。 1.1 显示器的选择方案方案一：采用 LCD（液晶屏）显示。LCD（液晶屏）是 Liquid Crystal Display 的缩写，它具有字符显示的功能，信息量丰富。但显示清晰度不高，受场所光线影响大。方案二：采用 LED（数码管）显示。LED（数码管）是 light-emitting diode 的缩写，它经过合理的设置可以完成显示任务，并且经济耐用。同时 LED 具有高亮度，高刷新率的优点，可以在较远的距离或光线效果不佳的场所中看清楚。但是它的显示存在信息量少，显示不直观，不易理解，连线复杂等缺点。综合比较二者的优缺点，由于此电子秤需要显示的信息量少，对清晰度要求高。本设计最终采用 LED 数码管作为显示器。 1.2 放大器的选择方案方案一：采用 CD4556 作为放大器。CD4556 是比较传统的放大器，较为受人熟悉。但现在市面上较少能买到，且对小信号不足够敏感。方案二：采用 OP07 作为放大器。OP07 是目前市面上非常常见的放大器，对于毫伏级小信号较为敏感，能做到有效放大。综上所述，由于考虑到 OP07 易购买，且放大性能较好，所以本设计采用 OP07 作为放大器。 1

1.3 总体方案的设计航电课程设计图 1-1 基于单片机控制的电子秤的基本组成图传感器的测量电路选用全桥电路，由四个电阻应变计组成。无外力作用时，桥路平衡，输出电压为零；有外力作用时，电阻应变计的阻值发生变化，桥路失去平衡，有相应的电压输出。但是由于此电压信号过于微弱，难以被单片机采集，则需经过放大电路放大才能进行模数转换。经处理后送显示器显示。本设计还增加了报警电路，如果被测量的物质重量超出所设定的满量程上限值，则蜂鸣器报警。并且如果重量大于 20KG 的时间超过 30 分钟，则蜂鸣器报警。人站起后半小时内坐下则仍会报警，且重新开始计时。 3

航电课程设计第 2 章硬件设计 2.1 传感器的设计 2.1.1 电阻应变式传感器的连接电阻应变式传感器由电阻应变计、弹性体和测量电路三部分组成[4]。本次设计所采用的传感器连接如图 3-1 所示。弹性体在外载荷作用下产生应变时，通过粘接剂传递给电阻应变计，引起电阻值改变，其结果使电桥产生不平衡输出，此输出与外载荷成正比。量程为 0-200kg，输出电压 0-10mv。图 2-1 应变式传感器安装示意图 4

2.2 单片机控制系统的电路设计航电课程设计 2.2.1 单片机控制电路的设计在本次设计中，单片机控制电路的设计思路如图 3-1 所示：图 2-2 单片机电路的设计思路图 5

航电课程设计 2.3 显示系统电路的设计 2.3.1 LED 数码管的结构 LED 数码管的引脚如下图所示：图 2-3 LED 数码管的管脚图使用共阳极，低电平有效。 2.3.2 显示电路的硬件设计 LCD1602 的电路设计如下图所示：图 2-4 LED 数码管的电路设计图 6

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