文档介绍：实用电子秤
摘要
本系统采用单片机AT89S52为控制核心,实现电子秤的基本控制功能。系统的硬件部分包括最小系统板,数据采集、人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是扩展了外部数据存储器,数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。人机界面部分为键盘输入,12864点阵式液晶显示,可以直观的显示中文,使用方便。
软件部分应用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能,包括基本的称重功能,和发挥部分的显示购物清单的功能,可以设置日期和重新设定10种商品的单价,具有超重报警功能,由于系统资源丰富,还可以方便的扩展其应用
第一部分:方案论证与比较
一、控制器部分
本系统基于51系列单片机来实现,因为系统需要大量的控制液晶显示和键盘。不宜采用大规模可编程逻辑器件:CPLD、FPGA来实现。(因为大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现,即所解决的问题都是规则的有限状态转换问题。本系统状态较多,难度较大。)另外系统没有其它高标准的要求,我们最终选择了AT89S52通用的比较普通单片机来实现系统设计。内部带有8KB的程序存储器,在外面扩展了32K数据存储器,以满足系统要求。
二、数据采集部分
(1)、传感器
,重量误差不大于Kg,考虑到秤台自重、振动和冲击分量,还要避免超重损坏传感器,所以传感器量程必须大于额定称重—。我们选择的是L-PSIII型传感器,量程20Kg,精度为,。可以满足本系统的精度要求。其原理如下图所示:
称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成,内部线路采用惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,输出信号电压可由下式给出:
(2)、前级放大器部分
压力传感器输出的电压信号为毫伏级,所以对运算放大器要求很高。我们考虑可以采用以下几种方案可以采用:
方案一、利用普通低温漂运算放大器构成多级放大器。
普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于A/D转换器需要很高的精度,所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以,此中方案不宜采用。
方案二、由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。
差动放大器具有高输入阻抗,增益高的特点,可以利用普通运放(如OP07)做成一个差动放大器。
电阻R1、R2电容C1、C2、C3、C4用于滤除前级的噪声,C1、C2为普通小电容,可以滤除高频干扰,C3、C4为大的电解电容,主要用于滤除低频噪声。
优点:输入级加入射随放大器,增大了输入阻抗,中间级为差动放大电路,滑动变阻器R6可以调节输出零点,最后一级可以用于微调放大倍数,使输出满足满量程要求。输出级为反向放大器,所以输出电阻不是很大,比较符合应用要求。
缺点:此电路要求R3、R4相等,误差将会影响输出精度,难度较大。实际测量,每一级运放都会引入较大噪声。对精度影响较大。
方案三:采用专用仪表放大器,如:INA126,INA121等。
此类芯片内部采用差动输入,共模抑制比高,差模输入阻抗大,增益高,精度也非常好,且外部接口简单。
以INA126为例,接口如下图所示:
放大器增益,通过改变的大小来改变放大器的增益。
基于以上分析,我们决定采用制作方便而且精度很好的专用仪表放大器INA126。
(3)、A/D转换器
由上面对传感器量程和精度的分析可知:A/D转换器误差应在以下
12位A/D精度:10Kg/4096=
14位A/D精度:10Kg/16384=
考虑到其他部分所带来的干扰,12位A/D无法满足系统精度要求。所以我们需要选择14位或者精度更高的A/D。
方案一、逐次逼近型A/D转换器,如:ADS7805、ADS7804等。
逐次逼近型A/D转换,一般具有采样/保持功能。采样频率高,功耗比较低,是理想的高速、高精度、省电型A/D转换器件。
高精度逐次逼近型A/D转换器一般都带有内部基准源和内部时钟,基于89C52构成的系统设计时仅需要外接几个电阻、电容。
但考虑到所转换的信号为一慢变信号,逐次逼近型A/D转换器的快速的优点不能很好的发挥,且根据系统的要求,14位AD足以满足精度要求,太高的精度就反而浪费了系统资源。所以此方案并不是理想的选择。
方案二、双积分型A/D转换器:如:ICL7135、ICL7109等。
双积分型A/D转换器精度高,但速度较慢(如:ICL7135),具有精确的差分输入,输入阻抗高(大于),可自动调零,超量程信号,全部输出于TTL电平兼容。
双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零,所以对50HZ的工频干扰抑制能力较强,对高于工频干扰(例如噪声电压)已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零,对输出