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基于單片機控制的電子秤結構及原理

文章出處:admin 人氣:發表時間:2021-08-10 08:44

在工業生產和貿易流通中,物料的計量是一個重要環節。稱量裝置是不可缺少的一種測量工具。它是一種集現代傳感技術、電子技術和計算機技術于一體的電子秤,具有稱重快、顯示直觀、不易磨損等優點,能有效消除人為誤差,使其更符合工業計量管理和工業生產過程控制的應用要求,并逐漸取代傳統的機械杠桿測量秤成為主流產品。采用單片機AT89C52作為控制核心,結合電阻應變壓力傳感器和A/D轉換芯片HX711,設計了一種低成本、高性能的電子秤。1基于單片機控制的電子秤結構及原理本設計中的電子秤結構如圖1所示,其原理是將被測物體的重量轉換成模擬電壓信號,其強度隨其重量的大小而變化。用于環境溫度的NTC熱敏電阻傳感器。利用A/D轉換芯片HX711作為計量和NTC溫度補償的轉換器,將模擬電壓信號轉化為數字信號,并與物體重成比例。AT89C52單片機處理數字信號,利用LCD對對象進行顯示。按下按鈕輸入被測對象的單價,單片機將物重和單位價格通過乘法運算,得到總價,并在LCD顯示屏上顯示。另外,電子天平還可以打印被測物體的質量、單價、總價等信息。
2硬件設計2.1橋式壓敏電阻傳感器設計圖2顯示的是橋式壓敏電阻傳感器,橋式壓敏電阻傳感器主要利用應改變電阻的片狀變化將相應的壓力轉換成電參數。通過濾波電路過濾后,將電參數輸入模數轉換器。
2.2濾波電路采用復式濾波電路所示,將對交流阻抗大的元件電感與負載串聯,以降低較大紋波電壓,而將對交流阻抗小的元件電容電容與負載并聯,使具有較大紋波電流的旁路。它與電容、電感濾波原理相似,基本上就是電容濾波和一級LC濾波電路的結合??梢越档兔}沖組分,使輸出電壓更平滑,更好地抵抗外部干擾。2.3A/D轉換模塊設計濾波后產生的電壓信號為模擬信號。但是單片機處理數字信號。所以,要把模擬量輸入單片機進行加工,首先要通過模擬量向數字量的轉換。完成模數轉換的零件叫A/D轉換器。所用的重量傳感器是采用傳統的橋型傳感器,這種傳感器要求模塊輸出位數至少為15比特(2^15=32768),而傳統的8位ADC已經無法滿足要求。HX711是一款高精度24位A/D轉換芯片,內置增益控制,精度高,性能穩定。本發明將穩壓電源、片內時鐘振蕩器等外圍電路集成在一起,具有較高的集成度、響應速度和抗干擾能力。使整機整機成本降低,HX711通道A模擬差分輸入可以直接與橋式傳感器差分輸出相結合。采用A/D轉換器的輸入動態范圍大,采用128或64路可編程增益,實現了A/D轉換器的輸入動態范圍。這兩個增益對應的滿量程差輸入電壓分別為±20mV或±40mV。信道B是32增益固定的,而相應的滿量程差輸入電壓是±80mV。信道B用于溫度參數檢測。HX711通過采集A通道的重量傳感器模擬量和模擬B通道的溫度傳感器量轉換成數據,以多位數據的串口傳輸形式,傳送到單片機。串口通信線由管腳PD_SCK和DOUT組成,用于輸出數據,選擇輸入通道和增益。
2.4溫度補償設計的橋式壓敏電阻傳感器采用半導體式,當輸入壓力的數值不變,當工作溫度改變時,傳感器的輸出信號會產生溫度漂移,從而影響物體質量的測量精度。為了解決溫度特性較差的壓敏電阻傳感器,本設計采用NTC環氧封裝的熱敏電阻傳感器測量環境溫度,從而使重傳感器在當時的溫度下(正常使用溫度范圍內-30℃~70℃)進行修正處理。通過相應溫度環境下2Kg標定的標定(標定,也就是稱重標定)的實際測量數據,獲得相應的補償系數。相應的是R-T溫度阻值變化表,通過查表可以推導出相應的環境溫度,即可用于秤體的溫重補償與校正。圖5中顯示了R-T特性曲線的示意圖。圖5R-T特性曲線示意圖2.5電源設計本設計中的打印機用的12V電源是采用3A電流輸出降壓開關型集成穩壓芯片LM2576HVT-12方案,將220V的交流電壓通過整流橋,再通過LM-2576HVVT-12集成穩壓電源。此外,為了保證AD采集的穩定性,HX711單片機單獨使用一路5V電源,使用打印機的2V電源輸入,通過LM1117-5.0DC-DC穩壓芯片獲得穩定的5V電源,另一種5V電源則是采用LM1117-5.0DC-DC穩壓芯片獲得穩定的5V電源。圖6是功率轉換的示意圖。
3軟件設計為便于程序調試和提高可靠性,程序設計采用了自上而下、模塊化、結構化的程序設計方法,將總體編程過程逐步細分,分解為單個功能模塊,每一功能模塊獨立完成明確的任務,實現特定功能。圖7顯示了軟件設計的流程圖。圖6電源轉換圖示7軟件設計流程圖4結語。
把電子技術的原理應用到日常生活中,解決生活和生產中遇到的實際問題,設計出的產品都是如此。
就是需求,這樣就會有更強的生命力。本論文所設計的電子秤綜合了微處理、傳感器、數字顯示等技術,具有精度高、抗干擾能力強等優點。
以δR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2②用式①去除式②可=re=r2=rrl/L=單位為材料的橫向效應泊松系數。帶電阻器的電阻變化率(相對電阻值)與電阻絲伸長率(相對變化)(1+2μL/L)/L=2μL/L=2μL/L=(1+2μ/L))*電阻變化率(電阻相對變化)與電阻絲伸長率(長度相對變化)之間的關系。4測試方案和測試結果4.1為使電子秤的測試更加全面、準確,我們在測試中重點對電子秤的精度進行了測試。試驗前必須反復檢查,模擬電路和硬件電路必須與系統原理圖完全一致,硬件電路保證無虛焊。4.1.1精確度是指測量儀器的讀數(或測量結果)與被測量真值相一致的程度,它不僅用于測量儀器的性能,而且還用于評價測量結果的最基本和主要指標。精密度、正確度、準確度三個指標也可以對精度進行表征。4.1.2信號處理和數據校驗是整個設計環節的關鍵環節。因為重量為標準質量m,所以在稱重時表現為模擬信號,通過電阻的應變片和A/D轉換模塊采集和轉換。HX711芯片轉換完成后,主控芯片的返回值數據與標準質量不匹配,因此需要進行修正。該設計中多處采用了多種數據標定方法,以減小數據波動,提高數據的線性度。一是改變HX711驅動的參數,將信號放大,二是用MicrosoftExcel軟件對采集的數據進行處理。
該方法采用如下公式:①在式中,φ標準是更接近實際質量的重量值,φ當前所獲取的重量值,在w2條件下,所對應的AD值是質量在w1情況下的AD值。以及不同品級范圍。

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