23、基于51单片机智能电子称系统设计

编程入门行业动态更新时间:2024-10-22 23:02:48

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23、基于51单片机智能电子称系统设计

摘要

电子秤是将检测与转换技术、计算机技术、信息处理、数字技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。它与我们日常生活紧密结合息息相关。

电子称主要以单片机作为中心控制单元，通过称重传感器进行模数转换单元，在配以键盘、显示电路及强大软件来组成。电子称不但计量准确、快速方便，更重要的自动称重、数字显示，对人们生活的影响越来越大，广受欢迎。

本系统的设计主要从硬件电路设计，软件编程调试，实物焊接调试三部分进行详细阐述。硬件电路主要是基于51单片机为核心的控制单元实现数据的处理，采用压力传感器对数据进行采集，电子秤专用24位AD转换芯片HX711对传感器采集到的模拟量进行AD转换，转换后的数据送到单片机进行处理显示，数据显示由LCD1602液晶实现，液晶显示效果稳定无闪烁

关键词： 51单片机；电子秤；压力传感器；HX711

1.1课题背景与研究意义

电子秤作为一种计量手段，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。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。
电子称重的实现首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测物体的重量。按照设计的基本要求，系统可分为三大模块，数据采集模块、控制器模块、人机交互液晶显示界面模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理，由控制器完成对该数字量的处理，驱动显示模块完成人机间的信息交换。此部分对软件的设计要求比较高，系统的大部分功能都需要软件来控制。在扩展功能上，本设计增加了一个过载报警提示功能和电子日历功能使本电子称的设计更人性化智能化。

电子秤的工作原理

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。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。

电子秤的计量性能

电子秤的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。

(1) 量程：电子衡器的最大称量Max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。

(2) 分度值：电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值。用e或d来表示。

(3) 分度数：衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用n表示。

电子衡器的最大称量Max可以用总分度数n与分度值d的乘积来表示，即Max=n·d

(4) 准确度等级

国际法制计量组织把电子秤按不同的分度数分成T、II、III、Ⅳ四类等级，分别对应不同准确度的电子秤和分度数n的范围。

一、硬件方案

硬件组成：单片机+LCD1602液晶 +HX711AD模块 +电阻应变式压力传感器+蜂鸣器+矩阵键盘而成。

二、设计功能

1.本设计基于单片机型号：STC89C52/51、AT89C52/51、AT89S52/51都可通用。
2.按键具有提示声，具有超量程报警功能当超出压力传感器的量程时蜂鸣器会发出报警声。
3.采用lcd602显示,第一行显示当前重量（单位为kg），第二行单价和总价（单位为元）等信息。
4.采用电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换，HX711采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片
5.采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程0 -5kg，测量精度可达3g
6.采用4*4矩阵键盘进行人机交互，可以实现直接输入单价、删除单价、去皮、清零等功能操作非常方便。

4*4矩阵键盘定义如下
1 2 3 15(删除键)
4 5 6 14(去皮或是清零)
7 8 9 13(清除单价)
10(未定义) 0 11(未定义) 12(未定义)

键0—9为数字键，用于单价输入。
键13为单价一键清零，按下该键则单价清为0。
键14为去皮键，按下后当前重量清为0。
键15为删除键，当我们单价输入错误时可以逐位删除输错的单价，删除后可以继续输入单价。

三、成品实物图

四、原理图

五、PCB图

六、Proteus仿真

七、程序源码

部分代码：

write_com(0x0c);write_com(0x06);delay_uint(1000);
}在指定位置显示指定字符//
void write_zifu(uchar hang,uchar add,uchar dat)
{if(hang==1)   write_com(0x80+add);elsewrite_com(0x80+0x40+add);write_data(dat);
}/********************************************************************
* 名称 : write_sfm4_price(uchar hang,uchar add,uchar date)
* 功能 : 显示价格
* 输入 : 行，列，需要输入1602的数据
* 输出 : 无
***********************************************************************/
void write_sfm4_price(uchar hang,uchar add,uint date)
{if(hang==1)   write_com(0x80+add);elsewrite_com(0x80+0x40+add);write_data(0x30+date/1000%10);write_data(0x30+date/100%10);write_data('.');write_data(0x30+date/10%10);write_data(0x30+date%10);	
}/****************开机液晶显示函数 初始化液晶的内容********************************/
void init_1602_dis_csf()  //初始化液晶
{								    write_string(1,0,"   W:0.000kg    ");write_string(2,0,"P:00.00  Z:00.00");write_zifu(2,7,0x5c);	//￥		
//	write_zifu(2,15,0x5c);	//￥		}/*******************压力显示程序***********************/
void write_1602_yl(uchar hang,uchar add,uint date)
{if(hang==1)   write_com(0x80+add);elsewrite_com(0x80+0x40+add);write_data(0x30+date/1000%10);write_data('.');write_data(0x30+date/100%10);write_data(0x30+date/10%10);write_data(0x30+date%10);	}void Delay__hx711_us(void)
{_nop_();_nop_();
}ulong ReadCount(void)	//增益128
{ulong count,value = 0; uchar i; hx711_dout=1; Delay__hx711_us();hx711_sck=0; count=0; while(hx711_dout) 	 ;for(i=0;i<24;i++){ hx711_sck=1; count=count<<1; hx711_sck=0; if(hx711_dout)count++; } hx711_sck=0; Delay__hx711_us();hx711_sck=1;  return(count);
} void get_pizhong()	  //获取皮重，秤盘重量
{ulong hx711_dat;hx711_dat=ReadCount();		//HX711AD转换数据处理temp=(uint)(hx711_dat/100);	
}void get_weight()	  //获取被测物体重量
{ulong hx711_data,a;uint get,aa;	hx711_data=ReadCount();		   //HX711AD转换数据处理get=(uint)(hx711_data/100);if(get>temp){a=ReadCount();aa=(uint)(a/100)-temp;weight=(uint)((float)aa/4.9+0.05);//重量转换函数，传感器型号不同此函数要适当修改}
}/************************************************/
/*  由于称重传感器线性度参数的不同，而对获得的重量数据处理，
此处可能会根据不同称重传感器，程序的代码会有所不同      */	
/************************************************//*************定时器0初始化程序***************/
void time_init()	  
{EA   = 1;	 	  //开总中断TMOD = 0X01;	  //定时器0、定时器1工作方式1ET0  = 1;		  //开定时器0中断 TR0  = 1;		  //允许定时器0定时
}/********************独立按键程序*****************/
uchar key_can;	 //按键值void key()	 //独立按键程序
{static uchar key_new = 0, key_l;key_can = 20;                   //按键值还原P3 = 0x0f;if((P3 & 0x0f) != 0x0f)		//按键按下{delay_1ms(1);	     	//按键消抖动if(((P3 & 0x0f) != 0x0f) && (key_new == 1)){						//确认是按键按下key_new = 0;key_l = P3 | 0xf0;   //矩阵键盘扫描P3 = key_l;switch(P3){case 0xee:  key_can = 1;  break;  //得到按键值 case 0xde:  key_can = 4;  break;   //得到按键值 case 0xbe:  key_can = 7;  break;   //得到按键值 case 0x7e:  key_can = 10;  break;   //得到按键值