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1、数字电子秤的设计与实现文献综述数字电子秤的设计与实现 数字电子秤的设计与实现 摘 要:随着科学技术的进步，电子秤在日常生活中起着越来越重要的作用，被广泛应用石油、化工、电力、冶金、交通运输、建筑、机械制造和国防等各个领域。电子秤的设计需要用到很多方面的知识，参考他人设计的创新点可以让本设计更加全面、新颖。因此，对参考文献的总结概述很有必要。 关键字:电子秤；单片机；传感器 社会在发展，人类在前进，任何事物的发展和前进都离不开科技的进步，科技的进步必须有知识这个载体去呈现。新科技的产生也绝非单纯一种片面的知识进步的积累，它需要很多方面知识的融合，正如我们用到的电子秤，不可能只有唯一的单片机去完成
2、，还要有传感器、转换器、显示器等一些必不可少的零部件。达到什么样的功能就要有什么样部件去配合。 文献1提到，台式电子秤使用相对较为普遍，但它的局限性也大，成本高，体积大，携带不便等等都是需要改进的方面。鉴于此，我们对电子秤的设计主要思路是：利用压力传感器来采集因为压力变化而产生的电压信号，然后再通过放大电路进行放大，经过模数转换器转化为数字信号，最后再将数字信号送入单片机进行A/D转换器。单片机经过相应的处理后，则将当前物品的重量和金额显示出来。按照国际法制计量组织的规定，我们的设计精度为级，电源AC220V，称重范围0到600g，分度值1kg。这种设计精度高，体积小，携带方便，能够满足广大商
3、贸和家庭的使用需求。按照设计需要，电子秤由五个部分组成：控制器、测量称重、数据显示、键盘和电源组成，系统设计方案如下图所示。 压力传感器放大电路键盘单片机电源LCD显示 1 数字电子秤的设计与实现 文献2讲述单片机是一门实践性非常强的课程，只是课堂上听老师讲或者自己看书学习，纸上谈兵是永远不可能精通的。在课堂上做实验也只是按照指导书上现成的步骤一步步做的，程序也是指导书上写好的，很少有人去分析流程，连接实验箱也是按照给定的电路图去连接的，没有仔细分析电路图和原理，实验结束后在大脑中没有一点印象，这样被动式应付任务的学习，其效果很不好。学习单片机是一个循序渐进的过程，要有持之以恒毅力和不怕困难的
4、勇气，将动手实践和理论学习相结合，“边做边学”，单片机将能很快入门。只有轻松入门后，才能进行后续的学习，进一步提高应用技能，成为单片机应用开发的高手。 文献3表述MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下： 指令集和芯片引脚与Intel公司的8051兼容； 8KB片内在系统可编程Flash程序存储器； 时钟频率为033MHz； 128字节片内随机读写存储器； 32个可编程输入/输出引脚； 2个16位定时/计数器； 8个中断源，二个中断优先级； 全双工串行通信接口； 监视定时器； 2个数据指针。 文献4总的概括信息科学是专门研究信息的获取、传递、处理和显
5、示。仪表与检测技术是信息科学中的一个重要组成部分，仪表检测与转换技术的目的在于将科学研究或生产过程中的信息变成人能观察的形态，显示出来或存储起来，使人们对研究的对象有全面的了解。检测系统的方框图如下图所示。 传感器电子测量电路显示仪器电源 2 数字电子秤的设计与实现 文献6讲述国外称重传感器技术的发展概况与技术动向自动化技术特别是全集成自动化(TIA)技术的发展，促进了新型传感器的需求，而现代微电子技术、计算机技术、微细加工技术、新材料技术、激光与光纤技术等高新技术的发展，又为设计新型传感器提供了技术和物质基础。为了军用与民用的目的，近年来，世界上主要工业发达国家都研究出了一些制造传感器的新的
6、测量原理、新型的敏感元件材料和新的制造技术与工艺技术，出现了一些跨世纪的新型传感器。美国21世纪初将要研制完成的全智能复合结构飞机就是典型的一例。所谓全智能复合结构就是在其内设有大量光纤传感器、声发射传感器、压电薄膜和记忆合金等，用来感受各种应力、变形、压力、温度等变化和进行环境监测，通过预先调制好的神经网络传送到机载电子计算机，执行数据处理和反馈控制。此外还研制出了精细陶瓷、非晶半导体、形状记忆合金、恒弹性合金、碳纤维以及钦酸铅和错酸铅为主要材料的压电薄膜等制造敏感元件的材料，并出现了利用这些敏感元件材料研制的新型传感器，例如:新型压电传感器、用于军事的光纤传感器和各种新型机器人用传感器等。
7、 文献7解释传感器输出的电压信号非常微弱，不能直接用于A/D转换，因此必须有电压信号放大电路。因最终要得到伏特级的模拟电压，因此放大倍数需要数百倍，加上对精度的要求，使得对运算放大器的要求很高。一种方案是可以利用低温漂运放组成多级放大电路。但是低温漂运算放大器构成的多级放大器的每一级都可能引入噪声干扰，最终电路就会有大量噪声。而专用仪表放大器可以克服以上不足，此类芯片是专供仪表测量、放大精度要求高的场合使用。其内部采用差动输入，具有高差模输入阻抗，高增益，共模抑制比高及放大精度好等特点。 文献8讲述称重传感器的工作频率的由弹性元件及粘贴其上的电阻应变计决定的，电阻应变计的频率响应是很高的，通常
8、根据弹性元件确定工作频率“在设计动态下使用的称重传感器时，应尽量提高它的固有频率”弹性元件固有频率的计算公式为： 式中：K-单位位移需要的力值；m-弹性元件的相对质量。 3 数字电子秤的设计与实现 文献9提到软件系统设计的基本思想是充分利用了单片机控制的优势,实现称重过程的一系列要求，提高系统的可靠性。智能电子秤的软件系统主要由主程序、中断服务程序、显示程序、键识别及键功能程序、运算程序等模块构成。 文献10根据语音电子秤所提供的功能，设计出电子秤系统的工作流程：首先对采样应用的AD进行编程，考虑到AD采样的可靠性和准确性，这里采取多次采样后排序，去掉首尾值，再取平均值的办法进行采样编程。显示
9、模块和语音模块经过初始化后，分别编程完成相应的显示和语音功能。其软件设计的流程图如下图所示。 程序启动主程序初始化子程序语音播放子程序显示子程序文献11阐述了两种单片机应用系统中的编程语言，通过两种编程语言的对比，道出了汇编语言执行效率特别高的这一优点，但汇编语言难度较大，各单片机之间不能通用。文中强烈推崇C语言编程，对C语言编程的优点进行了很多的介绍。 文献12更加全面的介绍了C程序设计，其有如下优点: 需要记忆的东西很少，易于写作，对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对单片机的存储器结构有初步了解，至于寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节均由编译器管理。 程序有规范的结构，可分为不
10、同的函数，这种方式可使程序结构化，将可变的选择与特殊操作组合在一起，改善了程序的可读性。 效率高，C语言的编译器会产生最小的程序代码，编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率。 4 数字电子秤的设计与实现 功能强而有弹性，提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力，能将已编好程序容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。 文献13提到电子天平与电子秤的检定异同点： 虽然电子天平与电子秤在测量原理、功能和结构上有很多相识之处,但由于其检定分度值(e)、检定分度数(n)以及最小称量(Min)的不同决定了其不同的检定方法和检定规定。下表从电子天平与电子秤检定用标准计量器具、检定项目、
11、读数方法、允差大小等方面对它们的检定异同点进行了分析。 比较项目 检定用标准计量器具 电子天平 标准祛码一般应在3级以上 精度。 需进行 必须对下述载荷点进行测试：空载；自动指示秤量；能调节平衡方式的那些载荷；最大允许误差值的转换点所对应的那些载荷；最大秤量加上最大加法配衡。 电子秤 标准祛码一般应在5级以上精度，并且在需要时可使用替代物。 需进行 应选定以下5个秤量：最小秤量；最大允许误；差改变的重量；50%最大秤量；最大秤量。 外观检查 各载荷点最大允许误差的检定 文献14对数据采集加以表述： CS5460C初始化对CS5460C的程序设计首先应从外部晶振开始本文采用4.096的外部晶振为
12、芯片提供主时钟，其启动时有20ms的延迟，CS5460C没有上电自动复位功能，需要人工通过发送3个OXFF命令字节和1个OXFE命令字节，使串口与字节界重新同步。接着设配置寄存器的RS位使系统复位以初始化内部逻辑。完成以上工作后，即可转换。 开启CS5460C，CS5460C完成初始化以后即可进行数据釆样，CS5460C采样流程如下：A/D采样模块初始化5640芯片读5460对采样值滤波零点范围判断读5460对采样值滤波求净载值乘校秤系数将内码值运算为重量值超载判断返回到读5460。 文献15在结构方面，廉价的有塑料封装和陶瓷封装，工业应用的有带隔离膜片，充灌硅油全硬封结构。为了使传感器实现小
13、型化，在工艺上采用硅微细加工技术成形硅敏感膜片，使精度达到0.1%FS；采用激光微调技术使补偿电阻精 5 数字电子秤的设计与实现 确到110-6，温度特性达到2%/C；采用小型不锈钢膜片制造和焊接技术使传感器的体积大为减小。在品种上有硅压阻式的，变电容式的，也有应变片式的。为了扩大使用范围，他们也注意发展各种混合集成的专用接口模块，以方便用户使用。 文献16文献17两篇外文文献主要是介绍今后几年电子称的发展动向，即：在结构上，向小型化、便携式、模块化、组合化、嵌入式的方向发展；外观更加美观，向人性化、个性化设计方向发展。那种简易型、价格适中、交直流两用的电子称将是市场销售的主流。在性能上，向高
14、灵敏度、高准确度、高可靠性方向发展；在功能上，向交直流两用、多功能、接口丰富、便于与计算机连接方向发展；在品种上，专用的、自动在线的电子称及称重计算机将有较大发展。 电子称是能感受规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态为有效控制机电一体化系统的运作提供必要的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展电子信息种类日益繁多信息传递速度日益加快信息处理能力日益增强相应的信息采集传感技术也将日益发展电子称也将无所不在。 6 数字电子秤的设计与实现 参考文献 1 许晓彤.基于单片机的电子秤设计J.自动化计量仪器,2012(07):69-72.
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