基于单片机的便携式电子秤设计.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()基于单片机的便携式电子秤设计仝敏(陕西国防工业职业技术学院,陕西西安 )摘要:传统台式电子秤体积大、成本高、携带不便,在实际使用中存在诸多不便.设计了一种基于单片机控制的便携式电子秤,使用电阻应变式称重传感器采集信号,经电压放大电路进行放大,然后再经过A/D转换将数字信号送入单片机,经单片机运算处理后计算当前物品的重量,并将结果进行显示.经过综合调试,系统运行稳定可靠,对同类产品的设计有一定参考.关键词:单片机;电子秤;便携式中图分类号:T P 文献标识码:A收稿日期:;修订日期:作者简介:仝敏(),女,陕西西安人,讲师,硕士,研究方向为智能装备.引言传统的以杆平衡为原理的机械秤在实际使用中存在诸多不便,台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍,但是其体积较大、不便携带.随着电子技术、传感器等技术的发展,人们对便携式电子秤的需求日益广泛.本文以AT C 单片机为控制器,设计了一款便携式电子秤,其测量的最大重量为 k g,测量误差小于 k g,可以通过矩阵键盘设置物品的单价,进而测量出物品的质量和价格,一次称重完成后可数据清零,当所测物体的质量超过量程时可报警.便携式电子秤总体方案设计本次设计的电子秤的基本功能为称重,且便于携带,称重的最大值为 k g,测量误差小于 k g,需实现单价设置、价格计算、数据显示和超程报警.为了实现上述功能,该便携式电子秤包括称重传感器、放大电路、A/D转换、按键输入、显示及报警等模块,其结构框图如图所示.图便携式电子秤总体结构框图硬件电路设计 单片机最小系统电路本次设计选用AT C 作为控制器,通过外接晶振和电容组成时钟电路,其中,振荡晶体的频率为 MH z,电容选择 p F,其取值对输出、起振速度等有着 一 定 的 影 响.复 位 使 用 按 键 复 位 方 式,将AT C 单片机的号引脚R E S E T经k 电阻、F电容、复位按键与电源V C C接通而实现复位.单片机最小系统电路如图所示.图单片机最小系统电路 称重传感器称重传感器按工作原理可分为光电式、电容式、振动式和电阻应变式等,本设计选用电阻应变式传感器.当电阻应变片受到外部机械应力时,其电阻率、长度、横截面积等相关参数会发生变化,进一步导致电阻值产生变化.电阻应变式传感器受到机械应力产生形变引起电阻的变化一般较小,难以直接进行测量,也不便于后续数据的处理,因而需要使用转换电路将电阻应变片的机械应变信号转换为R/R后再转换为电压或者电流信号,便于后续信号的处理,其转换电路可以通过电桥电路实现.模数转换器由于称重传感器的输出信号是一个小电压信号,一般在 mV之间,该数值过小不能直接被A/D转换模块和单片机直接使用,因而需要对称重传感器的输出信号进行放大;此外,该称重传感器的输出信号为模拟量输出信号,因而需要将其转换为数字信号后才能供后续的单片机使用.现在模数转换方法众多,常用的有计数法、逐次比较法、双斜积分法和并行转换法等.本设计采用HX A D模块,该芯片内部集成了稳压电源、片内时钟振荡器等,集成度较高且抗干扰能力较强.键盘输入在本设计中,电子秤的键盘输入模块可完成单价设置、清零、确认等功能,共计需要 个按键,采用的矩阵键盘,分别作为、数字的输入,另外个按键作为确认键、清除键来使用.将单片机P 引脚至P 引脚分别连接到矩阵键盘的行线和列线上,采用中断工作方式提高C P U的利用效率,无键按下时则没有中断请求,有键按下时会向C P U提出中断请求,C P U响应后,执行中断服务程序,在中断程序中对键盘进行扫描.按键输入电路如图所示.图按键输入电路 数据显示电子秤需要将测量物体的实际重量进行显示,因而数据显示是电子秤的一项重要功能之一,也是人机交换的主要组成部分.本设计选用L C D 液晶显示器进行数据显示,L C D 最多可显示两行,每行可以显示 个字符.L C D 液晶显示器采用标准的 脚接口,其中引脚、为电源正负极,引脚为对比度调整端,连接一个滑动变阻器,滑动变阻器的两端分别连接电源和地,滑动变阻器的另一头连接在L C D 的插针上,插针进行R S寄存器的选择,插针作为RW读写信号线,插针作为使能端,插针至 作为双向数据端口来应用,在实际应用中,把至 号插针分别与k 的上拉电阻相连,分别连接在V C C上,然后再依次连接到单片机P 端口的个引脚上.数据显示电路和单片机电路的连接如图所示.过载报警在本设计中,过载报警电路由单片机的P 引脚来控制,P 引脚的第二功能用R X D表示.将P 引脚设置网络标号为R X D,当物体的质量超过电子秤的量程时,使R X D引脚输出高低电平,相当于控制P N P型三极管的基极电压使得P N P型三极管的工作状态在饱和区和截至区之间进行转换,此时,该P N P型三极管的作用可以看作是一个开关,该三极管的发射极和集电极之间处于导通或者截止状态.当单片机的P 引脚输出为低电平时,发射极和集电极处于导通状况,此时与集电极连接的蜂鸣器处在导通状态;当单片机的P 引脚输出为高电平时,发射级和集电极处在截止状态,此时与集电极连接的蜂鸣器处在截止状态.即通过给蜂鸣器提供一个方波驱动信号实现报警.图数据显示电路程序设计该电子秤的程序模块包括A/D转换启动、数据读取、显示、键盘扫描、价格计算和超程报警等,根据系统功能,进行模块化编程,便携式电子秤的程序设计流程如图所示.在使用之前先进行初始化,放置待称重的物品,如果待测物品的质量超出量程,则会进行报警,提示超程测量,当待测物品的质量未超出量程时,则会调用显示子程序,将该物品的质量显示出来,还可以进行单价等的设置,实现价格的计算、显示等.图电子秤系统程序设计流程结束语本文设计的便携式电子秤能使用简易键盘设置单价、显示质量和金额,最大称重为 k g,重量误差不大于 k g,具有清零功能和复位功能,当超出所测的重量时,能够实现报警.该电子秤便于携带,可满足日常使用要求.参考文献:王丹基于单片机的廉价电子秤设计与实现J能源与环保,():彭茗,王凌志,时慧慧基于S T C C 单片机的智能电子称设计J电子制作,():,于雯雯基于单片机的电子秤设计J设备管理与维修,():王春泉基于单片机的电子秤质量检测系统设计J轻工标准与质量,():宋瑾瑾,高敏,孙树志,等轮辐式称重传感器的应用J科技风,():邵华,洛桑郎加电阻应变式传感器测量性能分析J山东交通科技,():(下转第 页)年第期 仝敏:基于单片机的便携式电子秤设计输机安全、高效、稳定运行.图上位机客户端显示界面参考文献:肖华明,孙士娇,曹连民矿用带式输送机新技术应用前景分析J工矿自动化,():江新奇,刘敬玉,李忠飞,等煤矿巡检机器人智能传感与控制系统设计研究J煤炭工程,():张树生,马静雅,岑强,等煤矿综采工作面巡检机器人系统研究J煤炭科学技术,():张涛,吴高镇带式输送机故障巡检机器人系统设计J工矿自动化,():方崇全煤矿带式输送机巡检机器人关键技术研究J煤炭科学技术,():李鑫,寇子明,梁富伟,等长距离复杂工况带式输送机巡检机器人系统J煤炭工程,():D e s i g na n dI m p l e m e n t a t i o no fD a t aP r o c e s s i n gS y s t e mf o rB e l tC o n v e y o r I n s p e c t i o nR o b o tWE IX u e p i n g(D o n g q uC o a lM i n e,S h a n x iC o k i n gC o a lG r o u pC o,L t d,T a i y u a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ed a t ap r o c e s s i n gs y s t e mi s t h ec o r eo f t h ec o n t r o l s y s t e mo f t h e i n s p e c t i o nr o b o t f o rb e l t c o n v e y o r I no r d e r t oe n s u r et h es a f e,e f f i c i e n t a n ds t a b l eo p e r a t i o no f t h e i n s p e c t i o nr o b o t,t h ed a t ap r o c e s s i n gs y s t e mo f t h e i n s p e c t i o nr o b o tb a s e do nS TM c o n t r o l l e r i sd e s i g n e db a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e i n s p e c t i o nr o b o t f o rb e l tc o n v e y o r T h eo v e r a l ld e s i g na n ds o f t w a r ea n dh a r d w a r ed e s i g no ft h ed a t ap r o c e s s i n gs y s t e m a r ei n t r o d u c e d,a n dt h el a b o r a t o r yv e r i f i c a t i o ni sc o m p l e t e d T h ev e r i f i c a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e dd a t ap r o c e s s i n gs y s t e m o ft h ei n s p e c t i o nr o b o t m e e t st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t sa n dc a ne n s u r e t h ee f f i c i e n t a n ds a f eo p e r a t i o no f t h e i n s p e c t i o nr o b o to f t h eb e l t c o n v e y o r K e y w o r d s:b e l t c o n v e y o r;i n s p e c t i o nr o b o t;d a t ap r o c e s s i n gs y s t e m(上接第 页)陈婷,李永科,邓小红,等基于微控制器的语音电子秤设计J信息通信,():张波,王晨阳,徐传旭,等基于S T C C 和HX 的电子秤设计J现代信息科技,():,梁小洁,张薇,罗重阳,等基于单片机的电子秤设计J电子设计工程,():唐凯基于单片机的语音播报电子秤设计J电子制作,():,D e s i g no fP o r t a b l eE l e c t r o n i cS c a l eB a s e do nS i n g l eC h i pM i c r o c o m p u t e rT O N G M i n(S h a a n x i I n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,X i a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h et r a d i t i o n a ld e s k t o pe l e c t r o n i cs c a l ei sl a r g ei ns i z e,h i g hi nc o s t,i n c o n v e n i e n tt oc a r r y,a n dt h e r ea r e m a n yi n c o n v e n i e n c e s i na c t u a l u s e Ap o r t a b l ee l e c t r o n i cs c a l eb a s e do ns i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r i sd e s i g n e d T h er e s i s t a n c es t r a i nt y p ew e i g h i n gs e n s o r i su s e dt oc o l l e c t t h es i g n a l,w h i c h i sa m p l i f i e db y t h ev o l t a g ea m p l i f i e r c i r c u i t,a n dt h e nt h ed i g i t a l s i g n a l i ss e n t t ot h e s i n g l e c h i pc o m p u t e r t h r o u g hA/Dc o n v e r s i o n T h e s i n g l e c h i pc o m p u t e r c a l c u l a t e s t h ew e i g h t o f t h e c u r r e n t i t e ma f t e r c a l c u l a t i o na n dd i s p l a y s t h er e s u l t s A f t e rc o m p r e h e n s i v ed e b u g g i n g,t h es y s t e mr u n ss t a b l ya n dr e l i a b l y,w h i c hh a sc e r t a i nr e f e r e n c ef o rt h ed e s i g no f s i m i l a rp r o d u c t s K e y w o r d s:s i n g l ec h i pc o m p u t e r;e l e c t r o n i cs c a l e;p r o t a b l e(上接第 页)D e s i g no f I n t e l l i g e n t S u b s t a t i o nM o n i t o r i n gS y s t e mi nC o a lM i n eJ I A N GX i a o x i n g(D o n g q uC o a lM i n e,S h a n x iC o k i n gC o a lX i s h a nC o a lE l e c t r i c i t yC o,L t d,G u j i a o ,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h ev i e wo ft h ep r o b l e mt h a to p e r a t i o na n d m a i n t e n a n c eo fc o a lm i n es u b s t a t i o ns t i l ln e e d m a n u a lp a r t i c i p a t i o n,am o n i t o r i n gs y s t e mo fc o a lm i n ei n t e l l i g e n ts u b s t a t i o ni n t e g r a t i n gc o n t r o l,m o n i t o r i n g,c o mm u n i c a t i o na n dp r o t e c t i o ni sd e s i g n e d B a s e do n t h e a n a l y s i so f t h ed e s i g nr e q u i r e m e n t so f i n t e l l i g e n t s u b s t a t i o ns y s t e mi nc o a lm i n e,t h ep a p e r f o c u s e so n t h ed e s i g ns c h e m eo fh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo fs u b s t a t i o n m o n i t o r i n gs y s t e m w i t hS TM F V C T c o n t r o l l e ra st h ec o r e U s i n gt h ef o u r l a y e rs t r u c t u r ed e s i g n,t h em o n i t o r i n gd a t ao f t h es u b s t a t i o nc a nb eu p l o a d e dt ot h em o n i t o r i n gt e r m i n a l t h r o u g ht h eW I F I/Gn e t w o r k,w h i c hc a nr e a l i z e t h er e m o t em o n i t o r i n go f t h eWE Bw e bp a g e,r e a l i z e t h eu n a t t e n d e do f t h e s u b s t a t i o n,a n d f i n a l l yc o m p l e t e t h e t e s tv e r i f i c a t i o n T h ev e r i f i c a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t t h ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e di n t e l l i g e n tm o n i t o r i n gs y s t e mo fc o a lm i n es u b s t a t i o nm e e t s t h ed e s i g 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