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一款新型智能電子秤的設計
2019-09-02 11:30:08 亚博真人: 作者: 【 】 浏览:0次 評論:0

0 引言

本産品采用軟硬件結合的方法,通過向單片機內下載軟件程序來控制硬件電路實現各項電子秤的功能,在電子秤的基本功能基礎上擴展了時鍾萬年曆和超重報警等新功能。新型電子秤稱重系統可分爲單片機最小工作系統、數據采集處理系統、人機交互界面操作系統、時鍾萬年曆及超重報警系統等五部分[1]。STC89C52RC单片机和经典复位电路组成了单片机的最小系统;信号放大、称重传感器和模数转换组成了数据采集部分,模数转换和信号放大功能则通过HX711芯片实现,HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A模数转换器芯片,该芯片具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等特点;电子秤的人机交互操作界面通过手动矩阵键盘输入和数据液晶显示完成,即键盘输入单价,液晶显示屏显示称重数据;时钟模块由时钟芯片DS1302和时钟显示电路构成;LCD1602显示器可以切换显示时钟万年历;蜂鸣器具有报警功能,当称重物体超过5 kg时,蜂鸣器自动报警[2]

1 系统总体设计

電子秤是通過壓力傳感器檢測物體的重量,經過信號轉換和單片機的信息處理後,再控制硬件電路顯示結果的電子衡器。電子秤由以下三部分組成[3]

(1)承重、傳力複位系統。承重、傳力複位系統就是智能電子秤稱重的部位,它能采集被稱物體的重量,即被稱物體對秤本身有力的作用。

(2)稱重傳感器。稱重傳感器把非電量轉換成電量,把對秤施加的力轉換成便于計算的電信號。稱重傳感器是將質量信號轉變爲可以測量的電信號並輸出的裝置。要注意的是,在應用傳感器時,要注意傳感器的工作環境是否適合其工作,如果出現錯誤,可能會造成傳感器的損壞和整個系統的崩潰。

称重传感器可根据不同的结构分为不同的类型。直接位移传感器包括电容式、感应式、电位差计、腔谐振器传感器,应变传感器主要有电阻应变传感器等。称重传感器需使得输出电量和输入重量成一定的正比关系,称重传感器灵敏度高,对物体状态影响小,能在恶劣的工作條件下工作,具有较好的频率响应特性,稳定可靠。

(3)測量顯示和數據輸出的負載測量裝置。用于測量顯示和數據輸出的負載測量裝置主要是被用來處理稱重傳感器信號的電子電路和指示器件。放大器、補償元件等構成了稱重傳感器信號的電子線路,稱重傳感器的指示部件有顯示、數據傳輸等功能。數字式測量電路通常包括前置放大、濾波、變換、控制和顯示等衆多環節,這些環節的學習運用比較重要。

2 单片机主控电路设计

系統的主控電路由STC89C52RC單片機、晶體振蕩器電路和複位電路組成。主控制電路在整個系統中起著決定性作用[4]。作爲系統的核心單元,電路的連接方式如圖1所示。

3 实验环境

系统软件设计采用C语言编程,编译环境选用KeilμVision3。KeilμVision3是美国Keil Software公司开发的程序编译工具, 与汇编相比具有明显优势, 操作简单, 被大众接受。

图1 主控模块电路

图1 主控模块电路  下載原圖

KeilμVision3能夠完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等開發過程。開發人員可以使用IDE或其他編輯器編輯C或彙編源文件,然後編譯並連接C51和A51編輯器以生成可執行的二進制文件(.HEX),然後通過MCU的燒錄軟件將.HEX文件下載到MCU。軟件的運行主要包括三個方面,即初始化系統;密鑰檢測;數據采集、處理和顯示。這三個方面的操作在主程序中執行。程序采用模塊化結構,完整清晰,易于編程和讀取,易于調試和修改。

4 系统仿真

在硬件電路設計過程中,原理圖的繪制采用Protel99SE軟件。Protel99SE是一款應用于Windows9X/2000/7/NT等操作系統的32位EDA設計軟件,這款軟件采用設計庫管理模式,可以進行聯網設計,具有很強的數據交換能力、開放性及3D模擬功能,可以完成電路原理圖設計,印制電路板設計和可編程邏輯器件設計等工作,因其簡單易用而深受電子工程師的喜愛。因此,它已成爲許多高校電子相關專業EDA工具的必修課。采用Protel99SE軟件繪制原理圖的主要步驟如下:

(1)建立本系統所需原件庫;

(2)將所建原件庫加載到工程項目中;

(3)將所需元器件放在原理圖頁面上,並根據電氣性能進行連接;

(4)建立原件封裝庫並載入到工程文件中;

(5)繪制電路後進行ERC電氣檢測,並生成網絡表。

電路原理如圖2所示。由于仿真軟件的局限性,無法制作仿真圖,因此必須嚴格按照原理圖焊接,不能出現絲毫差錯,否則無法實現系統功能。

图2 电路原理图

图2 电路原理图  下載原圖

5 系统调试

5.1 系统硬件调试

電路焊接後,進行電路連接試驗。首先用萬用表檢測各連接點,確保各連接點完好,然後仔細檢測各電路之間是否有短路現象,如有短路現象應及時處理,避免損傷元件。用萬用表檢查後,通電測試,當産品與電源連接時,用萬用表檢查各連接點是否符合預期電壓值,無誤後進行聯機檢測[5]。各芯片功能測試:預編譯一個簡單的程序(程序應反映芯片的功能),將程序輸入硬件電路的微控制器MCU中,觀察各芯片是否實現了預設功能,如果芯片運行正常,則表明芯片未損壞,可正常使用。新型智能電子秤實物如圖3所示。

图3 智能电子秤实物

图3 智能电子秤实物  下載原圖

在硬件調試過程中遇到的問題及解決方案。

(1)經過放大器的傳感器信號不穩定,且不滿足設定的放大倍數。信號不穩定的原因在于傳感器精度不准確,連線時線路不穩定;不滿足放大倍數是由于放大器的選擇不合適,導致無法滿足設定的放大倍數。因此可以通過選擇精度高的傳感器,預先計算好運算放大倍數以解決該問題。

(2)在進行硬件調試時,未做全方位的考慮,電源電壓過高,未做好電路保護措施。針對這類問題,需要自身培養良好的習慣,杜絕犯同樣的錯誤。

5.2 系统软件调试

硬件調試完成後,進行軟件調試。軟件調試是通過連接和執行用戶程序並發現程序中的語法和邏輯錯誤,以消除和糾正錯誤的過程。在調試過程中,通過模塊調試實現程序各功能模塊的調試。首先確認模塊程序能否正常運行;之後進行系統調試,不僅可以快速檢查程序的功能與實際需求之間的差異,更能夠在發現差異後快速更改程序,直到達到設計要求;最後,對各模塊進行組合調試,確保各功能模塊都能實現功能。

6 数据分析

(1)由于稱重傳感器靈敏度高,因此在稱量物品時,所得數據會上下浮動,但浮動的數據均在合理的誤差範圍內。

(2)時鍾萬年曆具有獨立供電設備,時間的准確度不受其他稱重電路的影響,因此一般不存在數據誤差。

(3)未擴展更多電路,部分功能的實現通過通信接口電路與上位機(PC機)通信,將大量商品數據存于上位機,然後通過串口或並口通信與電子秤相連,實現遠距離控制。

(4)在購買元器件時,未全方位了解價格,部分元器件購買價格偏高。之後在購買元器件時,將吸取此次教訓,進行多方面的比較,爭取購買價格、性能優越的元器件。

7 结语

本設計是基于單片機的智能電子秤,此電子秤符合國家對于計量精度和穩定性的標准要求,且制作方法簡單,操作方便,價格便宜,滿足了人民大衆的生産生活需要。該智能電子秤集衆多技術于一體,如單片機技術、稱重技術等,其性能特點主要表現在智能化方面,無需付出大量時間和精力便能開發出具有多樣功能的智能電子秤,如稱重計價、時鍾顯示、超重報警等。該電子秤還可以擴展出其他功能,只需對硬件電路和軟件程序稍加修改,便能夠得到功能的改進和擴展。

Tags:地磅 責任編輯:admin
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