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1、毕业设计（论文）-基于AT89C51单片机自动称重系统进行设计 摘 要本论文在分析了国内外称重技术发展的基础上，着重对一个用于工业控制且功能较齐全的自动称重系统进行设计。随着自动化和管理现代化的进展，自动在线称重，快速动态称重在整个称重系统中有了很大的发展。因此，进一步采用新技术，开发各种自动称重系统和提高称重的准确度已经成为了多数国家科技发展的重中之重。本称重系统除了有关于数据的收集，处理，运行和通信之外，还有更多的其他辅助功能：自动称重系统除了能够储存数据资料到资料库中，还可以将资料以打印稿的形式呈现。最重要的是，该自动称重系统还可以随时对资料库进行访问和查询。本论文所设计的自动称重系统是
2、应用于工业上的乳粉包装自动称重中的，它的实现有两个过程，第一阶段由异步电机带动粗螺旋推进器给料，这一阶段可看成为粗调过程，给料重量一定要小于额定重量。第二阶段由步进电机带动细螺旋推进器进料，可看成是细调过程，使实际重量等于要求的额定重量。本称重系统采用单片机AT89C51为控制核心，实现称重仪的基本控制功能。系统的硬件部分包括数据采集和数据处理两大部分，其中数据采集部分由称重仪模拟器、信号的前级处理（采用仪表放大器INA121）和 双积分A/D 转换部分组成。由于称重仪设计中电路的精度及抗工频干扰能力要求较高，故选用精度较高的仪表放大器INA121和抗工频干扰能力较强的双积分A/D转换器MC1
3、4433。 本系统通过应用传感器，各种芯片及单片机使得该称重系统的实际操作性更强，便于应用于工业上。双积分A/D转换；仪表放大；AT89C51单片机；数据采集The Design of Weighing and Packing of Milk Powder ased on SinglechipAbstractBasis on the researching of the progress of the weighing technology, this paper introduces the development of automatic weighing system which has
4、 a complete function.With the progress of automation in industry and modernization in management, there is much progress in weighing online, fast and dynamic weighing and system of weighing.Adopting newer technology, developing diversified automatic weighing system, improving accuracy and enhancing
5、network function are emphasized in every country nowadays. .Besides the function of collecting, processing, displaying and communication of data about weight, the automatic weighing system can also save data in database and print data in report form. It can also visit and query the records in databa
6、se.The article introduced the automatic named weighing system which is applied in the industry, its realization has two processes, the first stage is the spiral propeller by the asynchronous machine belt to afford the material, this age which is worthy of looking at is because of the coarse adjustme
7、nt process,certainly it must be smaller than the schedule weight for the material weight. The second stage is impetus which is much more precise than the first spiral propeller feeding, it may be regarded as the special process. This system has been applied in the sensor, each kind of chips and mono
8、lithic integrated circuits. This system is based on single chip AT89C51, it can make electronic scales basic control function come true. Systems hardware includes smallest system board and the acquisition of data. The smallest system part mainly realizes the demonstration of the diodes and the contr
9、ol of keyboard ,the part of datas acquisition is consists of the simulator of weighing meter , signal level processing amplifier INA121 and the fraction of the double integral A/D conversion . Because of the high request in precision of the electric circuit of the weighing meter design and the abili
10、ty of anti-power frequency disturbance, the selection of the high precision appliance such as the amplifier INA121 and double integral A/D switch MC14433.The system would be stronger by using different elements,and it would have better performance in application of the industry.Key words double inte
11、gral A/D transformation; measuring appliance enlargement; AT89C51 single chip; collection of data目 录第章 绪论1.1 引言11.2 电子称重技术的发展趋势1 称重传感器2 称重仪表3 承载器41.3 论文研究的目的及意义41.4 本课题研究的主要内容4第章 主要元器件选型.2.1 转换电路芯片选择52.2 主控芯片选择62.3 仪表放大器选择72.4 电源选择92.5 显示模块选择102.6 本章小结10第章 硬件系统的设计3.1 电路总体原理框图设计113.2 主芯片引脚应用113.3 控制模
12、块与转换模块的连接143.4 前级放大模块INA121153.5 自动称重模块163.6 显示模块与控制模块的连接16 3.7 本章小结.第章 软件系统的设计.4.1 主程序模块194.2 子程序模块194.3 中断程序模块图20 T0中断程序21 T1中断子程序.214.4 调零程序模块图.21 4.5 显示程序流程图. 4.6 退出程序流程图. 4.7 显示总数程序流程图. 4.8 本章小结.第章 系统测试.5.1 硬件抗干扰的设计.255.2 电源的干扰以及抑制措施255.3 空间干扰的防御措施26 5.4 本章小结.第章 设计方案评价6.1 硬件部分设计评价276.2 软件部分设计评价
13、27 6.3 本章小结.结 论致 谢参 考 文 献附录 译文 单片机的历史.31附录 外文原文附录 设计总电路图附录 程序第1章 绪论1.1 引言电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，从国防技术、航空航天等到日常生活中的电梯、微波炉等都采用到了微机测控技术。工业生产中的自动称重系统就是微机测控技术的应用。自动称重系统主要包括称重装置和数据的存储两大部分。物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节。称重装置或衡量器是不可缺少的计量工具。随着工农业生产的发展和商品流通的扩大，衡量器的需求也日益增多，过去沿用的机械杠杆秤已不能适应自动化和管理现代化的要求。
14、自六十年代以后，由于传感器技术和电子技术的迅速发展，电子称重技术日趋成熟，并逐步取代机械秤。尤其是七十年代初期，微处理机的出现使电子称重技术得到了进一步的发展。快速、淮确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面己成为现代称重技术的主要特点。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营等多方面的作用。称重装置应用己遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。但是，我国在这方面的产品少且功能不齐全，所以改善现有称重装置、
15、开发研究功能齐全的自动称重系统是势在必行的。自七十年代以来，发达国家在电子称重方面，无论从技术水平、品种和规模等方面都达到了较高水平。在技术水平方面的主要标志是准确度、长期稳定性和可靠性。目前作为贸易结算用的静态秤（如平台秤、汽车衡、静态轨道衡等）己能做到O、l、M、L规定的3000d（分度），最高可做到6000d。在稳定性方面要求一年内不允许超差。在可靠性方面称重传感器在正常使用条件下的寿命一般在十年以上，仪表的平均故障间隔时（MTBF）都超过2000小时，有些产品达到5000小时。在生产过程用电子秤方面，由于加强了应用技术开发，能够适应各种恶劣环境（高温、振动、粉尘、电磁干扰、爆炸危险等）
16、下使用；准确度一般能做到0.10.3。在品种方面随着生产发展的需要和新技木的应用，出现了新品种，如非连续式自动累加秤、电脑组合包装秤、高速自动包装秤等、这些自动秤往往与生产过程紧密相连，成为生产线的一个组成部分，或者与生产机械组合成一台机电一体化设备。电子称重装置主要由承载器、称重传感器和称重仪表三部分组成，称重方式也是电子称重技术不可分割的内容，下面分别叙述其进展和发展趋势。称重传感器是电子称重的核心部件，它把重力转换成电压信号。称重传感器从原理上分有很多种，包括电阻应变式、压磁式、电容式、振弦式、电感式、核辐射式等，但从准确度、重复性、经济性、使用方便等方面综合考虑，目前大量生产的仍然是电
17、阻应变式传感器。它在称重传感器中所占的比例达90以上。电阻应变式传感器近几年在性能上又有了提高。随着工业控制系统向数字化发展，近几年来数字式称重传感器也被开发和应用。由干它直接输出数字量，大大提高了传输中的抗干扰能力，并使得与计算机的通信极为方便12。由于取消了仪表中的模拟放大、A/D转换的环节，使仪表大为简化在计算机中显示和控制的场合，可以不用称重仪表。目前这种传感器大致有两类：电阻应变式数字称重传感器和新型数字式称重传感器。称重仪是电子衡器的一种，电子衡器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对加强企业管理、严格生产、贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。电子衡器具有反应
18、速度快、测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、信号远传便于计算机控制等特点，被广泛应用于煤炭、石油、化工、电力、轻工、冶金、矿山、交通运输、港口建筑机械制造和国防等各个领域。称重仪表由于采用了低漂移高增益放大器、高分辨率A/D转换器、单片微型机、电可擦存储器 EEPROM 和非易失性随机存储器 NOVRAM ，使其性能和功能都有了很大提高1。近几年来称重仪表又增加了两项新技术： 积分的增量 调制型模数转换器和印刷电路板的表面安装技术 SMT 。这些新技术的采用，进一步提高了仪表性能和可靠性，井为仪表小型化创造了有利条件。在性能上已能做到：非线性优于0.01灵敏度优十0.2V/d，A/D
19、转换速度一般为1030次/秒，用于动态称重可达 100次/秒以上。由于采用了比较方式测量，传感器供桥电源和 A/D转换基准电源共用一个电源，使电源波动的影响得到了补偿。为了便于与计算机通信，现代称重仪表都配有各种输出接口供选用。如RS232C、RS485或RS422A、20mA电流环、模拟量 420mA 以及继电器接点输出。有些制造厂为了加强仪表与计算机的通信，采用直接与工业控制机总线相连的方式5。如西门子SIWARE称重仪的输出能直接与两门子PLC控制器的总线相连。在工业现场和环境中干扰源是各种各样的，如噪音干扰、工频干扰等，抗工频干扰能力成为衡量电子衡器性能的重要指标。为了具备这一性能，市
20、场上的电子衡器的电路普遍较复杂，相对地，成本也较高。而本产品电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。为了适应各种应用的需要，当前称重仪表发展的一个趋势是：通过硬件或软件的积木式组合来实现不同的功能需求。例如在仪表机箱内通过不同电路板的组合或更换软件存储芯片，来实现不同的功能，以满足各种用途。承载器是承载重力并将力传递到称重传感器的机械结构。国外已较多的采用CAD进行承载器 秤台或秤架 的设计，在保证一定强度和刚度的前提下优化设计，从而达到节省钢材，降低造价的目的2。据国外资料介绍，在电子称重装置中，称重传感器的价格这几年变动不大，仪表价格随着电子器件价格下降而成下降趋势，而占成本比
21、重比较大的承载器由于钢材和加工费用的上涨使成本提高。此要降低成本提高竞争力，重点是降低秤台造价，所以优化设计，发展薄型结构己是制造厂向的主要目标。随着工业自动化和管理现代化的进展，自动在线称重、快速在线称重和称重系统有了很大发展。进一步采用新技术，开发各种自动称重系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点3。本课题正是从这一方面出发进行设计的，使得本课题设计的自动称重系统既能获取称重信息，又能实现对称重信息的管理，而且其稳定性好，称量速度快、精度高，可连续自动称重，显示称量结果，实现了称重数据的存储，并且该自动称重系统还实现了可视化，从而杜绝不真实计量现象，维护企业和客户的利
22、益。另外，其界面直观，便于使用。而且本设计电路简单，成本低，抗工频干扰强，具有很好的推广价值。本课题是设计一种基于AT89C51 单片机的乳粉包装称重控制的电路，主旨是设计一称重仪，对模拟器输出的微弱信号 012mV 进行前级放大处理，再以较小的失真、误差来进行A/D转换，并要求具备较强的抗工频干扰能力。最后利用单片机AT89C51对数字信号进行处理，控制数码管显示等。主要要求： 1 该称重系统中每袋乳粉额定重量为500克； 2 要求每小时包装数量为200袋； 3 系统的称重控制控制精度要求为0.1。采用8位A/D转换器ADC0809。ADC0809是逐次逼近式A/D转换，双列直插式，最快的转
23、换速度为100us，其引脚图如图2-1所示：图2-1 ADC0809引脚图 它由8路模拟开关，8位A/D转换器，三态输出锁存器以及地址锁存器译码器等组成。但由于其抗工频干扰能力较弱，因此综合考虑下来，我们决定采用双积分A/D转换器。双积分型A/D转换器具有很强的抗工频干扰能力。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5。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。故而采用双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。作为称重仪，系统对 AD的转换速度要
24、求并不高，精度上11位的AD足以满足要求。另外双积分型A/D转换器较强的抗干扰能力，和精确的差分输入，低廉的价格。综合的分析其优点和缺点，我最终选择了MC14433。MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路3。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下：1.精度：读数的0.05%1字；2.模拟电压输入量程：档；3.转换速率：225次/s；4.输入阻抗：大于1000M ；
25、5.电源电压：4.8V8V；6.功耗：8mW（5V电源电压时，典型值）；7.采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个位BCD码分时在Q0Q3轮流输出，同时在DS1DS4端输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示。MC1443内部结构如图2-2所示： 图2-2 MC1443内部结构图本设计开始时，我原本想采用CPLD（复杂可编程逻辑电路）或FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。因为CPLD具有丰富的可编程I/O引脚，使用方便灵活，不但可实现常规的逻辑器件功能，还可实现复杂的时序逻辑功能，适合完成各种算法和组合逻辑9。但是功耗要比较大 ,且集成度越高越明显。FPGA可作为
26、实现各种复杂的逻辑功能，特别用于大电流、大电压场合的控制，规模大，密度高，它将所有的器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。但考虑到由于设计的是摆锤运动控制，FPGA的高速处理功能不能得到充分的体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时芯片的引脚多使实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计的实际焊接的工作，降低了PCB板的灵活性。因此我们决定改变思路，采用普通单片机控制，第一个想到的便是8位的51单片机AT89C51。AT89C51是一个低电压，高性能
27、CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案7。 单片机AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合
28、在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。如图为AT89C51引脚图：图2-3 AT89C51引脚图由于压力传感器输出的电压信号为毫伏级，所以对运算放大器精度的要求很高。因此我们原本想采用高精度低漂移运算放大器构成差动放大器。因为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，如图2-4所示：图2-4 OP07构成的差动放大器电阻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。 但考虑到其电路复杂，需要的元器件多，成
29、本较高。因此综合讨论下来我们还是选用仪表放大器INA121芯片。其内部结构图如图2-5所示：图2-5 INA121内部结构图INA121是Texes Instruments BB公司生产的FET输入、低功耗仪器放大电路，性能优越。前置放大电路的放大倍数设置为50。较小的前置放大倍数可以避免极化电压的影响。电压放大电路的放大倍数设置的较高（取为100200倍），则可以保证总的放大倍数。同时采用仪表放大器INA121构成的电路还有结构简单，元器件少，成本较低等优势。放大模块与A/D转换模块需要正负电源，且要求电源具有稳定性。故刚开始首先考虑采用MC7812 正压 MC7912MC（负压）构成的的1
30、2V稳压电源。但其不可调，不能满足所需要的正负5V电源的要求，所以我采用自制电源，可调式三端集成稳压器是输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。其中，CW317系列稳压器输出连续可调的正电压，CW337系列稳压器输出连续可调的负电压。稳压器内部含有过流、过热保护电路。自制电源输出电压的可调范围为Uo -1212V，满足要求。如图2-6所示为CW317应用电路图：图2-6 稳压器CW317应用电路图显示模块主要用于重量的显示，原本采用字符型液晶模块 JM1602C，JM1602C能显示基本的ASC码
31、字符，采用CMOS工艺低功耗，内置KS0066驱动器，数据可直接传送，用并行输入输出形式，数据传送快，低延迟显示体现多样性，但是JM1602C的引脚电平为+5V，RAM的引脚电平为+3.3V，这样就要解决电压不匹配问题，灵活性降低10。因此经过反复比较决定选用七段LED数码管显示，LED能显示数字和一些基本的字母，简单易用，把它和74LS164（串入并出移位寄存器）相使用，大大减少了控制器的I/O口。2.6 本章小结经过仔细的分析和比较、实际模拟和理论论证，决定了系统各模块的最终方案如下：（1）电源模块：采用自制可调式三端集成稳压电源；（2）放大模块：采用仪表放大器INA121；（3）A/D转
32、换模块：采用双积分A/D转换器MC14433；（4）控制模块：采用单片机AT89C51；（5）显示模块：采用七段LED数码管。本系统单片机选用ATMEL公司的闪速存储器 flash ROM 型单片机芯片AT89C51。AT89C51是ATMEL公司的新一代8位的一片机产品，带有4KROM、128BRAM，最大工作频率24MHZ13；同时，具有32条输入输出线，16位定时/计数器，5个中断源，一个串行口；它具有集成度高、系统结构简单，体积小可靠性高，处理功能强，速度快等特点。乳粉称重控制的总体结构如图3-1所示。输入信号送入前级放大器放大，再经过A/D转换器转换成BCD码，然后把BCD码送入单片
33、机AT89C51中进行处理，最后把数据送出数码管显示。图3-1系统总体原理框图1电源引脚。2外接晶体引脚XTAL1。XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右，具体实现如图3-2所示：图3-2 晶振电路图3复位RST。在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0P
34、3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序，如图3-3所示：图3-3 复位RST电路图4输入输出引脚 1 P0端口P0.0-P0.7 P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个TTL。对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址 低8位 /数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。 2 P1端口P1.0P1.7 P1是一个带有内部上拉电阻的8位双
35、向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用，对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。 3 P2端口P2.0P2.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 4 P3端口P3.0P3.7 P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1
36、时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。P13端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。除此之外P3端口还用于一些专门功能，具体如表3-4所示：表3-4 P3端口的功能P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入（RXD）P3.1串行通讯输出（TXD）P3.2外部中断0（ INT0）P3.3外部中断1（INT1）P3.4定时器0输入 T0 P3.5定时器1输入 T1 P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD5其它的控制或复用引脚 1 ALE/PROG 30 访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的
37、输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号 此频率是振荡器频率的1/6 ；在访问外部数据存储器时，出现一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时，这个引脚用于输入编程脉冲PROG。 2 PSEN 29 该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT89C51由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。 3 EA/Vpp 31 外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。要使AT89C51只访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）,这时该引脚必须保持低电平，而要使用片
38、内的程序存储器时该引脚必须保持高电平。对Flash存储器编程时，该引脚用于施加Vpp编程电压。Vpp电压有两种，类似芯片最大频率值要根据附加的编号或芯片内的特征字决定。如图3-5所示为单片机最小系统图：图3-5 单片机最小系统图MC14433模拟电路部分有基准电压，模拟电压输入。模拟输入电压量程V两种，对应的基准电压为+200MV和+2V。数字电路部分由逻辑控制BDC码，输出锁存器，多路开关，时钟，极性判别，溢出检测等电路组成。才用字位动态扫描BCD码输出方式，即千，百，十，个位BCD码轮流在Q0Q3端输出。同时，在DS1DS4出现同步字位选通信号。由于MC14433的A/D转换结果是动态分时
39、输出的BCD码，所以，Q0Q3和DS1DS4可以通过8051单片机的并行口P1或通过扩展I/O电路与其相连。MC14433与8051单片机的P2口相连的电路如图3-6所示：图3-6 MC14433与单片机连接图该电路采用查询方式管理MC14433的操作。由于引脚EOC与DU连接在一起，所以MC14433能自动转换。仪表放大器INA121构成的放大器及滤波电路如图3所示：图3-7 INA121构成的放大器这里通过调节 R3的阻值来改变放大倍数。微弱信号V-和V+被分别放大后从INA121的第6脚输出。双积分A/D转换器MC14433的输入电压变化范围是-2V+2V，称重仪模拟器的输出电压信号在0
40、12mv左右，因此放大器的放大倍数在100200左右，可将R3接成1K的滑动变阻器，从而改变其放大倍数。由于输入信号为直流电压，在INA121的输入管脚之前需接入滤波电路。根据系统的技术要求，压力传感器选择CYY-1型微量固态压力传感器，它是由半导体应变片构成的桥式输入动态压力传感器，测量范围是01kg/cm2，桥路供电电压为6V,桥路输出电压最大为20mV，CYY-1型压力传感器的电路图如图3-8所示：图3-8 CYY-1型压力传感器图中RP是电桥调零电位器，为连接调零电位器方便，桥路本身并未接成闭合桥路。本系统的控制模块与显示模块的连接相对较简单，主要实现以下功能：处理重量数据，实现重量的
41、显示，控制数码管的显示，具体分别如图3-9和图3-10所示：图3-9 显示模块1与控制模块的连接图3-10 显示模块2与控制模块的连接本章主要对构成整个硬件系统的各个元器件进行分析，并对一些元器件之间的相互连接进行设计，这样的分析对整个硬件系统的大有裨益。系统的软件由三大模块组成：主程序模块、功能实现模块和运算控制模块。主程序主要完成控制系统各部件的初始化和实现各功能子程序的调用，以及实际测量中各个功能模块的协调在无外部中断申请时，单片机通过循环对所称物体进行显示。把设置键作为外部中断0，以便能对数字按键进行相应处理。主程序流程图如下图41所示：图4-1 系统总流程图查询子程序流程图见图42所
42、示图4-2 查询子程序流程图如图43为中断服务程序流程图：图4-3 中断服务程序流程图该中断是单片机内部5S定时中断，优先级设为最低，但却是最重要的子程序。在该中断响应中，单片机要完成A/D数据采集转换、数值滤波、判断是否有越限、标度转换处理、继续显示当前重量、与额定值进行比较，调用模糊控制子程序并输出控制信号等功能。T1定时中断嵌套在T0中断之中，其定时初值由模糊控制子程序提供，T1中断相应的时间用于输出称重仪的控制信号。该系统设置零键，以方便调整硬件零件。使用方法是，开机后按零键，系统进入零程凋序，调整零点位齐，使显示器显示为零后退出。程序流程如图44所示： 图4-4 调零程序流程图此系统
43、是自动称重系统，表现的是动态的乳粉落下装入乳粉袋中的重量，使最终达到想要的重量，但此系统也可以单独使用，为了使此称重系统能单独作为一个电子称来使用，故设置该键。按下该键后可直接称量，称完重量后按RETURN键，可继续进行包装称重。程序流程如图4-5所示：图4-5显示键程序流程图4.6退出程序流程图该键的作用即终止程序的运行，当按下此键后系统的程序结束运行，要想继续使用此系统中的程序，只有按RETURN键。程序如图4-6所示：图4-6退出键程序流程图当所有称重工作结束后，按下该键后会显示系统的累计乳粉袋数，程序流程如图4-7所示：图4-7 显示总数程序流程图第5章 系统测试本设计已经基本达到了设
44、计要求。通过研究，发现系统浮动误差的根本原因是：仪表放大模块的滤波电路中电容的精度不高和系统抗干扰能力较弱。但由于实验室不能提供较高精度的电容，所以本系统的精度只限于目前的程度。所以决定系统精确性最根本的因素就是系统本身所具有的抗干扰能力。在微机应用于工业控制中，由于控制现场环境恶劣，情况复杂，因此必须考虑系统的抗干扰能力，以适应现场控制的需要。乳粉包装自动称重系统的单片机部分放置于现场，在现场中由于强电磁干扰，电网干扰，空间干扰等，以及大量的粉尘等导体，使主机系统的工作环境变的很恶劣19。因此，在系统设计和制造过程中，考虑到系统的抗干扰性能的要求，从硬件和软件上都设法提高系统的抗干扰能力，使
45、系统充分适用于现场的要求，保证系统的可靠性。各种干扰是机电一体化系统和装置出现瞬时故障的主要原因。干扰的抑制要从干扰源、传播途径、接收器三个方面入手。因此，在系统设计中，应尽可能避开干扰源，并针对不同的干扰源，对耦合通道采取有效的方法。干扰窜入系统的渠道有三种，即空间干扰，过程干扰，和供电系统的污染。一般常用的抗干扰措施有合理布置电源、屏蔽干扰源、隔离、滤波、接地等。任何电源及输电线路都存在内阻，这些内阻就会引起电源的噪声干扰。由于电源是整个系统运行的基础，并且危害最严重的干扰源是电源的污染。电源性能的好坏在很大程度上将直接影响整个系统的可靠运行。由于工业控制计算机的电源都接自电网，故由于现场的用电情况复杂。如电网电压不稳定，对计算机系统造成很大的干扰，干扰微机系统的正常工作，因此，系统选用带恒温的高精度基准的电源，并对此电源的输出电源进行预稳压，这样有效的保证了系统的抗干扰能力和A/D转换精度。空间干扰主要是指电磁场在线路、导线、壳体上的辐射、吸收与调制。对外来的空间干扰，主要的措施是屏蔽用金属壳体，并将机壳接地，起封闭金属罩的作用，对共膜干扰有较强的抑制作用，在布线时，注意模拟地和数字地分开，最后经一点接入大地。将电源布置的尽可能粗，并使电源、地线的走向与数据传递方向尽可能一致，以增强抗噪声能力。
