基于单片机的电子称设计毕业设计.doc
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1、目 录第一部分 设计任务与调研1 1.毕业设计的主要任务1 1.1设计目标1 1.2主要内容1 1.2.设计的思路、方法等1 1.2.1设计思路1 1.2.2设计方法1 1.3.与本课题相关的资料1 1.4.调研的目的和总结1 1.4.1调研的目的2 1.4.2调研的总结2第二部分 设计说明32.1 理论分析32.2 设计方案32.2.1构思32.2.2.分析42.3.作品特点7第三部分 设计成果83.1.设计成果83.2作品的特点10第四部分 结束语11第五部分 致谢12第六部分 参考文献13第一部分 设计任务与调研1.毕业设计的主要任务1.1设计目标随着微电子技术的应用,市场上使用的传统称
2、重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题,在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重的控制系统中。本系统主要由单片机来控制,测量物体重量部分由称重传感器及A/D转换器组成,加上显示单元,过载报警,低电压自动关机等。此电子秤俱备了功能多、速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。1.2主要内容电子秤采用现代传感器技术、电子技术和计算机技术一体化的电子称量装置,设计要求如下:全称量在30Kg以下的电子秤;精确度:普通秤 1/100精密度1/1000 粗衡器1.2.设计的思路、方法等
3、1.2.1设计思路利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号,然后再经过模数转换器转换为数字信号,最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后,得出当前所称物品的重量及总额,然后再显示出来。1.2.2设计方法对称重的基本原理以及各软件、仿真模块做了认真的分析、研究。根据性能成本考虑,在以下几方面做了仔细的分析研究,主要有:系统模块的划分、A/D精度的考虑、单片机与外围模块的接口电路以及电子秤应用程序的实现等1.3.与本课题相关的资料数字电子技术基础模拟电子技术基础C程序设计传感器与检测技术单片机原理与接口技术微机原理及接口技术微型计算机控制技术等;1.4.调研的目的和总结 1.4.1调研的
4、目的 传统的机械秤有很多缺点,比如精度不高,结构复杂,易老化,成本高等。随着 社会的发展,市场对秤的要求的越来越高,尤其是人体秤、厨房秤等各类便携式小型秤。电子秤与传统的机械秤相比有许多优越性,它用压力传感器取代机械秤的弹簧大大减小了秤的体积和制造难度,以LCD或LED显示屏取代传统的刻度盘使外形更加美观,由于内部集成了单片机以及软件系统,电子秤还拥有传统机械秤无法比拟的智能性。他可以完成过载报警,总价计算等众多功能。 1.4.2调研的总结 随着集成电路和计算机技术的迅速发展,使电子仪器的整体水平发生巨大变化,传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。智能仪器的核心部件是单片机,因其极高的性价比得到广
5、泛的应用与发展,从而加快了智能仪器的发展。而传感器作为测控系统中对象信息的入口,越来越受到人们的关注。传感器好比人体“五官”的工程模拟物,它是一种能将特定的被测量信息(物理量、化学量、生物量等)按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置本次设计中的半桥电子称就是在以上仪器的基础上设计而成的。因此,只有充分了解有关智能仪器、单片机、传感器以及各部分之间的关系才能达到要求。经过几个月的努力,终于按照毕业设计进度要求如期完成了实用电子秤控制系统的硬件设计任务。在做毕业设计的过程中,虽然碰到了不少的困难,但是在老师的指导以及自己的努力下,终于取得了一定成果。第二部分 设计说明2.1 理论分析称量重量
6、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。此信号再由模/数器进行转换,数字信号再送到微处器的CPU处理,CPU不断扫描键盘和各种功能开关,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。一般信号的A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。 称重传感器即由非电量(质量或重量)转换成电量的转换元件,它是把支承力变换成电信号或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。按照称重传感器的结构型
7、式不同,可以分直接位移传感器(电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等)和应变传感器(电阻应变式、声表面谐振式)或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。在数字式的测量电路中通常包括运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。2.2 设计方案2.2.1构思前端信号处理时,选用放大、信号转换等措施,尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力,而且满足设计要求,可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容。具体设计框图如图所示:目前单片机技术比较成熟,功能也比较强大,被测信号经放大整形后送入单片机,由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据
8、关系译码显示出被测物体重量。单片机控制适合功能比较简单的控制系统,而且其成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。 采用现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,利用EDA软件编程,下载烧制实现。系统集成于一片Xilinx公司的Spartan系列XC2S100E芯片上,体积大大减小、逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点,可实现大规模和超大规模的集成电路。采用FPGA测频测量精度高,测量频率范围大,而且编程灵活、调试方便,设计要求的精度较高,所以要求系统的稳定性要好,抗干扰能力要强。从下图中可以看到系统的基本工作流程和各单元电路所用到的核心器件。其中控制器采用Xilinx公司可编
9、程器件FPGA为核心,基于ISE软件平台,采用VHDL编程实现数据处理、LED和LCD驱动、时钟芯片的I2C通讯、键盘控制等模块。结构简图如下图所示:2.2.2.分析方案一 压电传感器压电传感器是一种典型的有源传感器,又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠,适用于动态力学量的测量,不适合测频率太低的被测量,更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。压电器件的弱点:高内阻、小功率。功率小,输出的能量微弱,电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性,这对外接电路要求很高。方案二 电容式传感器电容式传
10、感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。电容传感器可用来检测压力、力、位移以及振动学非电参量。电容传感器的基本工作原理可用最普通的平行极板电容器来说明。两块相互平行的金属极板,当不考虑其边缘效应(两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化)时,其电容量为 (2.1)式(2.1)中两极板间的距离; A两平行极板相互覆盖的有效面积;介质的相对介电常数;真空中介电常数。若被测量的变化使式中、A、三个参量中任一个发生变化,都会引起电容量的变化,通过测量电路就可转换为电量输出4。 虽然电容式传感器有结构简单和良好
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