智能电子称的设计

智能电子称的设计

组号：第五组 组员：王润源 杨锡贵 彭文星

摘要：该系统以单片机LM3S811为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统部分、数据采集部分、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单片机内部的A/D转换器；数据采集部分由压力传感器、信号的前期处理和A/D转换部分组成，包括半桥测量、精密仪表放大器INA122和单片机控制的A/D采样；人机界面部分为键盘输入、LCD，可以直观的显示重量的具体数字以及方便的输入数据，使用方便；系统电源是用两节干电池3V提供。系统的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（称重范围为0～2.999Kg，重量误差优于±5%）、显示购物清单的功能，并能完成发挥部分对于液态商品具有去皮功能，还具有超量程和欠量程的报警功能。本系统设计结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。

关键词：智能电子秤；INA122；压力传感器

一、方案比较与论证 1、压力传感器的选择

这里的传感器是将非电量转换成电量，传感器按线性变化易于整个系统的控制和软件编程，传感器的响应速度和精度更是衡量其性能重要参数。 方案一：采用单臂电桥压电传感器。电桥输出电压 。 方案二：采用半桥压电传感器。电桥输出电压 。

根据题目的要求，方案二比方案一精度更高，且对后级仪表放大器性能要求要比方案一要求的要低。所以我们选择方案二半桥压电传感器。 2、仪表放大器的选择

方案一：采用INA122仪表放大器。NA122精密仪表放大器，单电源供电是2.2～36V，双电源供电是–0.9/+1.3V～±18V，内部两级运放，轨对轨的压摆，共模抑制比高，输入阻抗大，增益高，精度非常好，且外部接口简单。

方案二：采用INA128仪表放大器。INA128也是精密放大器，但它只能是双电源供电，而本次设计要求用两节干电池供电；且其内部三级运放，成本比INA122要高。

综合考虑，选择方案一。 3、单片机的选用

方案一：采用传统的51单片机。传统51系列单片机为8位机，价格便宜，控

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制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大容量的程序和实现快速精准的反应、控制、计算。

方案二：采用FPGA可编程逻辑器件。FPGA功能强大，编程灵活，低功耗，但是价格昂贵操作复杂。

方案三：采用TI公司LM3S811控制器。LM3S811是64位的单片机，功能强大，运算速度快、控制简单，存储容量大。

根据题目要求，性能和成本比较，我们选择方案三，采用TI公司的LM3S811控制器。 4、A/D转换器

方案一：ADC0809是一款8位的A/D转换器。 方案二：TLC5615是一款10位的A/D转换器。

方案三：LM3S811内部集成了12位A/D转换器，只需要调用相关的程序，便可驱动A/D。

根据方案比较，LM3S811内部集成了12位的A/D，不光精度高而且不用去单独的制作A/D转换硬件，所以我们选择方案三。

二、系统方案设计

1、总体设计

压力传感器 放大 稳压 电调理 路

图2－1 系统总体框图

电A 桥/ 测量 电D 路 采样 LM3S811单片机 数据处理 LCD驱动 LCD显示 报警警告 键盘控制 按键控制

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－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)。测量部分是利用压力传感器检测压力信号，得到微弱的电信号，而后经处理放大电路，处理后，送单片机中的A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出，键盘控制接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其送

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到显示单元中，并在LCD上显示出来。

2、压力传感器的测量原理

压力传感器的工作原理：当导体或半导体受到外力作用时，会产生机械变形，从而导致阻值变化。导体与半导体的电阻与电阻率及其几何尺寸有关。当导体受外力作用时，电阻率及几何尺寸的变化会引起电阻的变化。因此，通过测量电阻值的大小，就可以反映外界力的大小。

压力传感器的测量电路可采用桥式测量电路。桥式测量电路有四个电阻，其中任何一个电阻均可以是应变片。如能恰当的选择个桥臂的电阻，可以消除电桥的恒定输出，使输出电压只与应变片的电阻有关。当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷P时，应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。

3、前级放大电路

INA122是一个两级运放的精密仪表放大器，具有单电源供电、功耗低、精度高、噪声低和输入偏置电流低等特点。其最大输入偏置电流为25nA，这一参数反映了它的高输入阻抗。INA122在外接电阻Rg时，可实现5V～10000V范围内的任意增益；工作在单电源范围为2.2~36V；并且它的输出压摆率是轨对轨形式，输出的电压成线性关系。仅需调整一个电阻Rg，就能方便的调整放大器的增益。由于整个电路对称，调整时不会造成共模抑制比的降低。

图2－3 放大电路原理图 3

4、电子秤原理图

如图，电子秤硬件电路主要由TL431稳压电路、半桥测量电路、放大电路、外接三个电阻构成，放大电路6脚接单片机的A/D采样。

三、系统软件设计

用数字键 输入，并可修改 设置单价 去皮即清零 图2－4 电子秤原理图

系统的主程序流程框图如图3－1所示：

开 始 系统初始化 显示主界面，读标定系数 称重及数据处理 读7279，判键 有键吗？ N Y 累计 金额 求和 清零 清单 回到初始化 4 显示 商品名称等 显示总金额

确认

四、测试方法与仪表

1、测试仪表

仪器名称 数字万用表 稳压电源 图3－1 软件流程图

图4－1 测试仪表 数量 1 1 型号 UA9205N YB173IC 2、操作方法 ? 把传感器放平，接通电源，显示主界面，如果空称时显示不为零，可按

去皮键清零；如需去除器皿皮重，先按去皮键，再在器皿上放物件，则显示净重；

? 如果物价重量超出测量范围，显示超重警告；

? 单价设置时，先按设置键，再用数字键输入单价，可使用删除键修改。 3、测试方法 ? 电子称放平，用万用表电压档红表笔接仪表放大器的输出端黑表笔接地，

测出秤盘上没有重物到添加重物、依次增加重物的重量所显示的数据，没有放重物时所显示的数据就是本系统的误差

? 设置单价，当物件重量变化时，读取相应的金额； ? 使用累计功能，读取总金额； ? 使用汇总功能。

4、测试数据及测试结果分析 ? 测试数据

按照操作方法，对 500g到3000g的盐进行测试,从小到大，然后从大到小，共测量7个来回，共14次； ? 测试结果及分析

表4－4 重量测试结果与误差分析

物品名称 实际重量（kg） 食盐 食盐 食盐 食盐 食盐 食盐 食盐

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测示重量(kg) 0.01 0.49 1.00 1.50 2.01 2.49 2.99 放大倍数 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 绝对误差 0.01 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0．00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

五、系统总结

此次设计的“电子秤”基本要求称重误差优于±5%，发挥部分重量精度优于1%，通过测试，我们实际所测的误差为1%，系统完全达到了设计要求，不但完成了基本要求，发挥部分的要求并增加了超重报警功能。系统误差用软件的算法将其去掉。压电传感器的灵敏度、仪表放大器的精度、A/D转换器的位数和转换速度，决定了整个系统的反应速度和精度。

六、参考文献

1 <<凌阳16位单片机应用基础>> 罗亚非 等编著. 北京航空航天大学出版社

2 <<单片机的C语言应用程序设计>> 马忠梅,马岩等编. 北京航空航天大学出版

社出版.

3 〈电子测量仪器原理与使用〉〉林占江，林放编著. 电子工业出版社. 4 〈〈数字电子技术〉〉 徐丽香编著. 电子工业出版社.

七、附录

（1）// ADC采样

unsigned long adcSample(void) {

unsigned long ulValue;

ADCProcessorTrigger(ADC_BASE, 0); // 处理器触发采样序列

while (!ADC_EndFlag); // 等待采样结束

ADC_EndFlag = false; // 清除ADC采样结束标志

ADCSequDataGet(ADC_BASE, 0, &ulValue); // 读取ADC转换结果

return(ulValue); }

void Displaydy(unsigned long ulValue) {

unsigned int DyValue,h; DyValue=(ulValue*3*100)/1024; if(DyValue>max)max=DyValue;

if(max>189){for(h=0;h<6;h++)Display(0,16*h,46+h);} if((max-DyValue)>27)max=0;

6

mm=(192*max-6300)/100; //mm=200*max-66; Depart(mm); kgg(); }

（2）//算钱的功能 unsigned int k=0,l=0,j=0; void qian() {

unsigned int m; m=(price*mm)/100;

jin[j]=m-pi; //Displayen(4,32,jin[j]/1000); Displayen(4,40,jin[j]/100); Displayen(4,48,30);

Displayen(4,56,jin[j]/10); Displayen(4,64,jin[j]); if(temp==11){pi=m;temp=50;} if(temp==10) {

jin[j]=m-pi; sum=sum+jin[j++]; kg[l]=mm; l++;

ming[k]=xx k++; ming[k]=xxx; k++; //总价

Displayen(6,60,sum/1000); Displayen(6,68,sum/100); Displayen(6,76,30); Displayen(6,84,sum/10); Displayen(6,92,sum); pi=0; temp=50;

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单价

} }

（3）//显示清单 int ppp=0; void qingdan()

{ if(ppp==1 || ppp==2||ppp==3 || ppp==4||ppp==5 || ppp==6||ppp==7 ||ppp==8||ppp==9 || ppp==10) {

clear_screen(0); Display(0,0,0); Display(0,16,1); Display(0,40,2); Display(0,56,3); Display(0,80,4); Display(0,96,5); if(ppp==1) {

Display(2,0,ming[ppp-1]); Display(2,16,ming[ppp]); } else {

Display(2,0,ming[ppp]); Display(2,16,ming[ppp+1]); Displayen(2,32,kg[0]/100); Displayen(2,40,30);

Displayen(2,48,kg[ppp-1]/10); Displayen(2,56,kg[ppp-1]); Displayen(2,80,jin[ppp-1]/1000); Displayen(2,88,jin[ppp-1]/100); Displayen(2,96,30);

Displayen(2,104,jin[ppp-1]/10); Displayen(2,112,jin[ppp-1]); temp=49; }}

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6k2p.html