论文范文基于单片机的智能电子秤的设计

论文范文基于单片机的智能电子秤的设计内容摘要：

但其可移植性差。 本设计采用汇编方式编程。 程序测试工具 本设计是以 KELL 测试软件作为软件的测试工具的。 源程序在软件 KELL 窗口内编译运行。 软件界面如图 5 所示。 常州大学本科生毕业设计 （论文） 第 7 页 共 32 页 图 5 程序测试界面环境 4 硬件设计 直流电源的设计 直流电源的组成 本 设计 的直流电源 需要由 220V 的交流电转换而来，所以需要把 220V 交流电变压到 合适的大小。 该直流电源 主要由以下四大 模块 组成：电源变压器模块、整流电路、滤波电路和稳压电路。 直流稳压电源框图如 图 6 所示。 电 源 变 压器整 流 电 路 稳 压 电 路滤 波 电 路 图 6 直流稳压电源框图 直流电源各 模块的设计 （ 1）电源变压器 它的任务 就 是把电源电压 220V 交流电变压到合适的大小。 如果 u2（变压器次级电压）的值太大，会造成集成三端稳压器的功耗太大，温度升高，容易把管子烧坏，且浪费电能。 反之，如果 u2的值 小到一定的程度，三端稳压器就不能正常工作，失去稳压作用。 因此 u2的值应大小合适，这个值应该使三端稳压器在交流电网电压最低和输出电流最大时能正常工作。 而且在正常稳压的前提下，它的压降应尽可能小，以减少功耗。 查阅集成三端稳压器的资料可知，对输出电压在 5v~12v 之间的稳压器，其输入端的电压一般要比输出端电压高 5v。 而输出电压在 15v~24v 的稳压器，其两端电压差达到7v~9v 左右。 在此，如果输出端的电压为 5V，那么可以求得 u2为 10v。 常州大学本科生毕业设计 （论文） 第 8 页 共 32 页 （ 2）整流电路 它的任务是将正弦波电压转换成直流电压。 这里一般采用桥式整 流电路来实现，即可用四个二极管来组成，也可用整流桥来完成，只要参数选择合理。 这里为了简化电路，选择整流桥作为整流电路。 1）反向耐压 根据桥式整流电路的性能可知，每个整流二级管在交流电网最高时承受的最大反向峰值电压为：   VVUU RM % m a x2  为了安全，整流管的反向耐压应比上述值高 50%以上，因此选择整流管时，其耐压应按下式考虑：  VVU RM 23%  2）正向电流 桥式整流电路中，每个整流二极管的正向电流平均值是输出电流的一半，其最大值为：   AI oD A VI m a xm a x  由于整流管在接通电源瞬间流（即充电电流）通过，因此，整流管的参数 （正向电流平均值）应比上述值大（ ~有相当大的冲击电 2）倍。 若按 比上述值大 倍考虑，则：    AAII D A VF m a x  不过市场上有各种规格的整流桥堆出售，它有两个交流输入端和两个直流输出端。 由于它体积小，使用方便，已成为常用整流元件。 根据上面的计算，在本电源的整流电路中可选用 1A/25V 的整流桥堆。 （ 3）滤波电路 它的任务是将整流后的波形通过 RC 滤波以后转换成更平坦的直流电压，减小脉动，提高输出直流电压的质量。 这时整流管中通过的电流的最大瞬时值的要比平均值大得多，特别在接通电源瞬间有相当大的冲击电流 （即充电电流）通过整流管，这一点在设计中我特别的重视。 从电容滤波出发， C1 的容量应足够大，但 C1 的容量也不能太大，否则整流元件的瞬时电流太大，而且容量越大，电容器的体积越大，价格越贵， 根据RLC（ 3～ 5） T/2， 取 C1=3300uF。 （ 4）稳压电路 要求输出恒定的直流电压，且要达到提出的要求。 在本电路中采用的稳压元件是集成三端稳压器。 根据上述的计算来看，这里可以选择输出电压为 5V和 12V 的稳压元件来实现。 电子产品中常见到的 三端 稳压 集成电路有正电压输出 78 系列和负电压输出的 79系列。 顾名思义 ，三端 IC 是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。 它的样子 像 是普通的三极管， TO 220 的标准封装，也有9013 样子的 TO92 封装。 用 78/79系列三端稳压 IC来组成 稳压电源 所需的外围元件极少，电路内部还有过流、常州大学本科生毕业设计 （论文） 第 9 页 共 32 页 过热及调整管的保护电路，使用起来即可靠 又方便 ，而且价格便宜。 该系列集成稳压IC 型号中的 78 或 79 后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7806 表示输出电压为正 6V， 7909 表示输出电压为负 9V。 有时在数字 78 或 79 后面还有一个 M 或L，如 78M12 或 79L24，用来区别输出电流和封装形式等，其中 78L 调系列的最大输出电流为 100mA， 78M 系列最大输 出电流为 1A， 78 系列最大输出电流为。 它的封装也有多种。 塑料封装的稳压电路具有安装容易、价格低廉等优点，因此用得比较多。 79 系列除了输出电压为负。 引出脚排列不同以外，命名方法、外形等均与 78 系列的相同。 因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用，可以用来改装分立元件的稳压电源，也经常用作电子设备的工作电源。 器件管脚图和电路图如图 7 所示。 图 7 三端稳压器（ 7 79 系列）管脚序号判断技巧 三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。 一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为 2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在 45V，即经 变压器变压，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。 在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。 当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。 当制作中需要一个能输出 以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为 N 个 ，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。 另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。 在 78 ** 、 79 ** 系 列三端稳压器中最常应用的是 TO220 和 TO92 两种封装。 这两种封装的图形以及引脚序号、 引脚功能如图 7 所示。 图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。 这样标注便于记忆。 引脚 ① 为最高电位， ③ 脚为最低电位， ② 脚居中。 从图中可以看出，不论正压还是负压， ② 脚均为输出端。 对于 78**正压系列，输入是最高电位，自然是 ① 脚，地端为最低电位，即 ③ 脚，如附图所示。 对与 79**负压系列，输入为最低电位，自然是 ③ 脚，而地端为最高电位，即 ① 脚，如附图所示。 此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第 ③ 脚相连。 这样在 78**系列中，散热片和地相连接，而在 79**系列中，散热片却和输入端相连接。 直流电源的电路 本设计需要 177。 12V、 +5V 的电源。 应该选择 7805 和 7812 及 7912 来实现此电路。 +5V常州大学本科生毕业设计 （论文） 第 10 页 共 32 页 和 +12V 的 电源 输出电路 图 如图 8 所示。 12V 的电源输出 电路结构和其一样， 如图 9 所示。 T1 和 T2 为同一变压器，输出为两个绕组。 图 8 +5V 和 +12V 直流电源 输出电路 图 9 12V 直流电源输出电路 信号采样与放大电路的设计 压力传感器采集的模拟信号只有几十个毫伏，而 A/D 转换器所能处理的 电压是 0～5V，所以必须在 A/D 转换器和信号采样电路之间加入一个 放大电路以实现电压的放大，放大倍数为 100～ 200 倍，使输出电压为 0～ 5V。 压力 传感器的选择 压力传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性。 通常称重传感器产生的误差约占电子秤整机误差的 50%~70%。 若在环境恶劣的条件下（如高低温、湿热），传感器所占的误差比例就更大，因此，在人们设计电子秤时，正确地选用称重传感器非常重要。 （ 1） 常用 压力 传感器 压力传感器的种 类很多，根据工作原理来分常用的有以下几种： 电阻应变式、电容式、压磁式、压电式、谐振式等。 电阻应变式称重传感器：是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式 组成电桥的一种将力（重量）转换成电信号的转换元件。 电容式称重传感器：是把被称物体重量转换为电容器容量变化的一种传感器，它是 以各种不同类型的电容量作为转换元件，实际是一个具有可变参数的电容器。 电容式传感器由于它存在输出特性的非线性、寄生电容和分布电容对灵敏度和称重精度的影响、传感器联接电路比较复杂等原因，直接影响到它的可靠性，所以限制了它的应 用。 近些常州大学本科生毕业设计 （论文） 第 11 页 共 32 页 年来由于集成电路特别是微处理技术的发展，可将电子线路紧靠传感器的极板以减小电缆分布电容 的影响，并可利用微处理技术对电容式传感器的温度特性和非线性进行 偿，所以电容式传感器在电子称重技术中的应用又得到了重视，在国内已出现了可与电阻应变式传感器电子秤准确度相比的电容式台秤和电容式吊秤等产品。 压磁式称重传感器：也称磁弹性传感器，它是一种力电转换的无源传感器。 它的工作原理是利用压磁效应，将被称重量的变化变换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电信号。 压磁传感器具有输出信号大、抗干扰性能好、过载能力强、不均匀载荷 对测量准确度的影响小、能在恶劣的环境中工作、结构简单便于加工等优点。 缺点是准确度低、反应速度慢。 它常用于冶金、矿山、运输等工业部门的承受大吨位，并要求牢固可靠、安全报警等测力或称重场合。 谐振式称重传感器：也称频率式传感器，它是利用机械振子的固有频率或石英晶体 的谐振特性，随着被称物体重量的变化而产生频率变化现象而形成的一种传感器。 谐振式传感器可分为振弦式、振梁式、振膜式、振筒式、振管式和晶体谐振式等多种类型。 在称重技术中主要采用的是振弦式称重传感器和振梁式称重传感器类的一种复合音叉振子传感器。 （ 2） 电阻 应变式称重传感器 电阻应变式称重传感器是把电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当方式组 成电桥的一种将力（重量）转换成电信号的传感器。 电阻应变式称重传感器包括两个主要部分，一个是弹性敏感元件：利用它将被测的重量转换为弹性体的应变值；另一个是电阻应变计：它作为传感元件将弹性体的应变，同步地转换为电阻值的变化。 电阻应变片所感受的机械应变量一般为 10 6 ~10 2 ，随之而产生的电阻变化率也大约在 10 6 ~10 2 数量级之间。 这样小的电阻变化用一般测量电阻的仪表很难测出，必须采用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转变成电压或电流的变化，才能用二次仪表显示出来。 在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压变化。 电阻应变式称重传感器工作原理框图如图 10所示。 敏 感 元 件 应 变 片 测 量 电 桥输 出电 阻 变 化 Δ R应 变 ε载 荷 P 图 10 电阻应变式称重传感器工作原理框图 当传感器不受载荷时，弹性敏感元件不产生应变，粘贴在其上的应变片不发生变形，阻值不变，电桥平衡，输出电压为零；当传感器受力时，即弹性敏感元件受载荷 P 时 应变片就会发生变形，阻值发生变化，电桥失去平衡，有输出电压。 如图 11 所示。 常州大学本科生毕业设计 （论文） 第 12 页 共 32 页 图 11 桥式测量电路 R R R R4为 4个应变片电阻，组成了桥式测量电路， Rm为温度补偿电阻， e为激励电压， V为输出电压。 若不考虑 Rm，在应变片电阻变化以前，电桥的输出电压为：  eV RR RRR R 43 321 1   由于桥臂的起始电阻全等，即 R1 = R2 = R3 = R4 = R，所以 V=0。 当应变片的电阻R R R R4变成 R+△ R R+△ R R+△ R R+△ R4时，电桥的输出电压变为：  eV RRRR RRRRRR RR 43 421 1     通过化简，上式则变为：  RRRRRRRReV 43214   也就是说，电桥输出电压的变化与各臂电阻变化率的代数和成正比。 如果四个桥臂应变片的灵敏系数相同，则上式又可写成 ：  43214   eKV 式中 K为应变片灵敏系数， ε为应变量。 上式表明，电桥的输出电压和四个轿臂的应变片所感受的应变量的代数和成正比。 在电阻应变式称重传感器中， 4个应变片分别贴在弹性梁的 4个敏感部位， 传感。