基于單片機(jī)控制的電子秤結(jié)構(gòu)及原理
發(fā)布時(shí)間：21/09/01
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在工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易流通中，物料的計(jì)量是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。稱量裝置是不可缺少的一種測量工具。它是一種集現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的電子秤，具有稱重快、顯示直觀、不易磨損等優(yōu)點(diǎn)，能有效消除人為誤差，使其更符合工業(yè)計(jì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用要求，并逐漸取代傳統(tǒng)的機(jī)械杠桿測量秤成為主流產(chǎn)品。采用單片機(jī)AT89C52作為控制核心，結(jié)合電阻應(yīng)變壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711，設(shè)計(jì)了一種低成本、高性能的電子秤。1基于單片機(jī)控制的電子秤結(jié)構(gòu)及原理本設(shè)計(jì)中的電子秤結(jié)構(gòu)如圖1所示，其原理是將被測物體的重量轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，其強(qiáng)度隨其重量的大小而變化。用于環(huán)境溫度的NTC熱敏電阻傳感器。利用A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711作為計(jì)量和NTC溫度補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)換器，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并與物體重成比例。AT89C52單片機(jī)處理數(shù)字信號(hào)，利用LCD對(duì)對(duì)象進(jìn)行顯示。按下按鈕輸入被測對(duì)象的單價(jià)，單片機(jī)將物重和單位價(jià)格通過乘法運(yùn)算，得到總價(jià)，并在LCD顯示屏上顯示。另外，電子天平還可以打印被測物體的質(zhì)量、單價(jià)、總價(jià)等信息。
2硬件設(shè)計(jì)2.1橋式壓敏電阻傳感器設(shè)計(jì)圖2顯示的是橋式壓敏電阻傳感器，橋式壓敏電阻傳感器主要利用應(yīng)改變電阻的片狀變化將相應(yīng)的壓力轉(zhuǎn)換成電參數(shù)。通過濾波電路過濾后，將電參數(shù)輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
2.2濾波電路采用復(fù)式濾波電路所示，將對(duì)交流阻抗大的元件電感與負(fù)載串聯(lián)，以降低較大紋波電壓，而將對(duì)交流阻抗小的元件電容電容與負(fù)載并聯(lián)，使具有較大紋波電流的旁路。它與電容、電感濾波原理相似，基本上就是電容濾波和一級(jí)LC濾波電路的結(jié)合?？梢越档兔}沖組分，使輸出電壓更平滑，更好地抵抗外部干擾。2.3A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)濾波后產(chǎn)生的電壓信號(hào)為模擬信號(hào)。但是單片機(jī)處理數(shù)字信號(hào)。所以，要把模擬量輸入單片機(jī)進(jìn)行加工，首先要通過模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的零件叫A/D轉(zhuǎn)換器。所用的重量傳感器是采用傳統(tǒng)的橋型傳感器，這種傳感器要求模塊輸出位數(shù)至少為15比特(2^15=32768)，而傳統(tǒng)的8位ADC已經(jīng)無法滿足要求。HX711是一款高精度24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)置增益控制，精度高，性能穩(wěn)定。本發(fā)明將穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等外圍電路集成在一起，具有較高的集成度、響應(yīng)速度和抗干擾能力。使整機(jī)整機(jī)成本降低，HX711通道A模擬差分輸入可以直接與橋式傳感器差分輸出相結(jié)合。采用A/D轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍大，采用128或64路可編程增益，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍。這兩個(gè)增益對(duì)應(yīng)的滿量程差輸入電壓分別為±20mV或±40mV。信道B是32增益固定的，而相應(yīng)的滿量程差輸入電壓是±80mV。信道B用于溫度參數(shù)檢測。HX711通過采集A通道的重量傳感器模擬量和模擬B通道的溫度傳感器量轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，以多位數(shù)據(jù)的串口傳輸形式，傳送到單片機(jī)。串口通信線由管腳PD_SCK和DOUT組成，用于輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。
2.4溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)的橋式壓敏電阻傳感器采用半導(dǎo)體式，當(dāng)輸入壓力的數(shù)值不變，當(dāng)工作溫度改變時(shí)，傳感器的輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生溫度漂移，從而影響物體質(zhì)量的測量精度。為了解決溫度特性較差的壓敏電阻傳感器，本設(shè)計(jì)采用NTC環(huán)氧封裝的熱敏電阻傳感器測量環(huán)境溫度，從而使重傳感器在當(dāng)時(shí)的溫度下(正常使用溫度范圍內(nèi)-30℃~70℃)進(jìn)行修正處理。通過相應(yīng)溫度環(huán)境下2Kg標(biāo)定的標(biāo)定(標(biāo)定，也就是稱重標(biāo)定)的實(shí)際測量數(shù)據(jù)，獲得相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)。相應(yīng)的是R-T溫度阻值變化表，通過查表可以推導(dǎo)出相應(yīng)的環(huán)境溫度，即可用于秤體的溫重補(bǔ)償與校正。圖5中顯示了R-T特性曲線的示意圖。圖5R-T特性曲線示意圖2.5電源設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的打印機(jī)用的12V電源是采用3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片LM2576HVT-12方案，將220V的交流電壓通過整流橋，再通過LM-2576HVVT-12集成穩(wěn)壓電源。此外，為了保證AD采集的穩(wěn)定性，HX711單片機(jī)單獨(dú)使用一路5V電源，使用打印機(jī)的2V電源輸入，通過LM1117-5.0DC-DC穩(wěn)壓芯片獲得穩(wěn)定的5V電源，另一種5V電源則是采用LM1117-5.0DC-DC穩(wěn)壓芯片獲得穩(wěn)定的5V電源。圖6是功率轉(zhuǎn)換的示意圖。
3軟件設(shè)計(jì)為便于程序調(diào)試和提高可靠性，程序設(shè)計(jì)采用了自上而下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法，將總體編程過程逐步細(xì)分，分解為單個(gè)功能模塊，每一功能模塊獨(dú)立完成明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)特定功能。圖7顯示了軟件設(shè)計(jì)的流程圖。圖6電源轉(zhuǎn)換圖示7軟件設(shè)計(jì)流程圖4結(jié)語。
把電子技術(shù)的原理應(yīng)用到日常生活中，解決生活和生產(chǎn)中遇到的實(shí)際問題，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品都是如此。
就是需求，這樣就會(huì)有更強(qiáng)的生命力。本論文所設(shè)計(jì)的電子秤綜合了微處理、傳感器、數(shù)字顯示等技術(shù)，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
以δR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2②用式①去除式②可=re=r2=rrl/L=單位為材料的橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。帶電阻器的電阻變化率(相對(duì)電阻值)與電阻絲伸長率(相對(duì)變化)(1+2μL/L)/L=2μL/L=2μL/L=(1+2μ/L))*電阻變化率(電阻相對(duì)變化)與電阻絲伸長率(長度相對(duì)變化)之間的關(guān)系。4測試方案和測試結(jié)果4.1為使電子秤的測試更加全面、準(zhǔn)確，我們?cè)跍y試中重點(diǎn)對(duì)電子秤的精度進(jìn)行了測試。試驗(yàn)前必須反復(fù)檢查，模擬電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全一致，硬件電路保證無虛焊。4.1.1精確度是指測量儀器的讀數(shù)(或測量結(jié)果)與被測量真值相一致的程度，它不僅用于測量儀器的性能，而且還用于評(píng)價(jià)測量結(jié)果的最基本和主要指標(biāo)。精密度、正確度、準(zhǔn)確度三個(gè)指標(biāo)也可以對(duì)精度進(jìn)行表征。4.1.2信號(hào)處理和數(shù)據(jù)校驗(yàn)是整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因?yàn)橹亓繛闃?biāo)準(zhǔn)質(zhì)量m，所以在稱重時(shí)表現(xiàn)為模擬信號(hào)，通過電阻的應(yīng)變片和A/D轉(zhuǎn)換模塊采集和轉(zhuǎn)換。HX711芯片轉(zhuǎn)換完成后，主控芯片的返回值數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量不匹配，因此需要進(jìn)行修正。該設(shè)計(jì)中多處采用了多種數(shù)據(jù)標(biāo)定方法，以減小數(shù)據(jù)波動(dòng)，提高數(shù)據(jù)的線性度。一是改變HX711驅(qū)動(dòng)的參數(shù)，將信號(hào)放大，二是用MicrosoftExcel軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
該方法采用如下公式：①在式中，φ標(biāo)準(zhǔn)是更接近實(shí)際質(zhì)量的重量值，φ當(dāng)前所獲取的重量值，在w2條件下，所對(duì)應(yīng)的AD值是質(zhì)量在w1情況下的AD值。以及不同品級(jí)范圍。
