王雯冬

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的數(shù)字電子秤設(shè)計(jì)

王雯冬

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

電子秤作為現(xiàn)代新型稱重儀器中的一種重要的形式，結(jié)合轉(zhuǎn)換和檢測(cè)相關(guān)技術(shù)以及信息處理技術(shù)。電子稱的中心控制單元是單片機(jī)，根據(jù)稱重傳感器從而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，組成部分主要包括顯示電路、鍵盤和相關(guān)軟件。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電子稱處理數(shù)據(jù)以及自動(dòng)稱重。

電子稱 單片機(jī) A/D

1 引言

測(cè)量物體自身的重量在人們的日常生活中十分普遍，所以電子秤的用處很普遍，作為稱重技術(shù)領(lǐng)域里面新型儀表電子秤的代表，電子秤在很多的領(lǐng)域中都發(fā)揮著很大的用途。本文電子稱的中心控制單元是單片機(jī)，通過軟件和硬件的設(shè)計(jì)從而達(dá)到智能稱重的目的，同時(shí)按照物體的重量進(jìn)行轉(zhuǎn)變?yōu)槭澄锼鶎?duì)應(yīng)的熱量。本文在設(shè)計(jì)方面以高精確度，好穩(wěn)定性為標(biāo)準(zhǔn)，保證成本不增加的情況下，根據(jù)單片機(jī)的相關(guān)技術(shù)，進(jìn)而增強(qiáng)電子秤的一些新型功能，從而推動(dòng)電子秤的進(jìn)步與發(fā)展。

2 電子稱概述

物料計(jì)量在日常的生產(chǎn)中有著很大的應(yīng)用。計(jì)量的工具中所包括的有稱重裝置以及衡器裝置。隨著工農(nóng)業(yè)不斷的發(fā)展以及不斷地?cái)U(kuò)大商品的流通，對(duì)衡器的要求也已經(jīng)逐漸增強(qiáng)，以往所用到的機(jī)械杠桿秤無法滿足工業(yè)自動(dòng)化以及工業(yè)管理領(lǐng)域的需求。隨著近60年以來，因?yàn)閭鞲衅骷夹g(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速成長(zhǎng)，電子稱重技術(shù)不斷地走向前端發(fā)展，同時(shí)代替了傳統(tǒng)的機(jī)械秤。特別是在這近70年初期中，由于出現(xiàn)了微處理機(jī)，從而推動(dòng)了電子稱重技術(shù)的進(jìn)步?，F(xiàn)代稱重技術(shù)的特點(diǎn)主要是圍繞著準(zhǔn)確高效，易操作，減少人為誤差等方面。稱重裝置除了包含重量數(shù)據(jù)的單體儀表以外，同時(shí)也是工業(yè)控制領(lǐng)域必不可少的一個(gè)部件。對(duì)工業(yè)自動(dòng)化以及工業(yè)管理都有著推動(dòng)的作用，在企業(yè)的管理中能夠增強(qiáng)產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)的基本思路

在秤盤上放置物體，傳感器就會(huì)接收到壓力，此時(shí)傳感器就會(huì)發(fā)生變形，因此緊隨著會(huì)導(dǎo)致阻抗也友生改變。另外運(yùn)用激勵(lì)電壓也會(huì)出現(xiàn)改變，模擬信號(hào)將會(huì)輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器會(huì)接收這個(gè)輸出的模擬信號(hào)，并且模擬信號(hào)經(jīng)過了放大電路進(jìn)行了放大。放大的信號(hào)會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而形成數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)將會(huì)輸入到MCU運(yùn)算器中，實(shí)現(xiàn)控制。按照鍵盤中的相關(guān)命令MCU和其他的就會(huì)在顯示器中輸出處理的結(jié)果。最后再把這種結(jié)果顯示出來，如圖1所示。

圖1 電子秤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 A/D轉(zhuǎn)換器

模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要是把輸入電壓信號(hào)向數(shù)字信號(hào)輸出進(jìn)行的一種器件?？紤]到在系統(tǒng)中，傳感器中輸出的信號(hào)同時(shí)都是模擬量，然而數(shù)字信號(hào)通常是單片機(jī)進(jìn)行處理的，因此要進(jìn)行生成的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化的過程。而這個(gè)過程的轉(zhuǎn)換是通過A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)完成的，把外圍設(shè)備里面的模擬量向數(shù)字量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后再把結(jié)果傳到單片機(jī)中從而處理的過程是由單片機(jī)完成。

3.3 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

本文選擇的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它的組成部分主要包括了控制電路、比較器、寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器等。根據(jù)比較的結(jié)果從而得出相應(yīng)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的比較實(shí)現(xiàn)是通過逐位比較寄存器中高位到低位。并且在這個(gè)轉(zhuǎn)換的過程中，主要的流程如下所示：

首先是將寄存器的每一位都自動(dòng)做清零處理，當(dāng)需要做轉(zhuǎn)換處理的時(shí)候，把最高位設(shè)成1，通過D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，對(duì)比轉(zhuǎn)換和輸入模擬量的結(jié)果，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸入的模擬量是大于轉(zhuǎn)換的模擬量時(shí)候，那么就保留1，當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸入的模擬量是比轉(zhuǎn)換的模擬量比小的時(shí)候，那么不保留1，接著不斷地重復(fù)上面的過程，依次實(shí)現(xiàn)第二位到最低位的處理，接著寄存器里面的結(jié)果顯示的是輸入模擬量相應(yīng)的數(shù)字量。

3.4 液晶顯示電路1602

1602選用的接口是通常使用的標(biāo)準(zhǔn)16腳，這16腳的具體介紹如表1所示。

表1 16引腳的具體介紹

3.5 接口電路

DM162液晶顯示模塊能夠與單片機(jī)AT89C51可以通過接口連接，接口電路如圖2所示。

圖2 DM-162液晶顯示模塊與AT89C51接口電路

4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)顯示模塊

顯示字符的實(shí)現(xiàn)是通過顯示子程序完成的，先是將8279的鍵盤顯示子程序進(jìn)行調(diào)用。鍵盤顯示子程序的實(shí)現(xiàn)需要通過8279初始化命令完成實(shí)現(xiàn)，接著把寫顯示的命令輸出。在整個(gè)顯示的流程中延時(shí)子程序是必須要調(diào)用的。如果輸入通道的時(shí)候采集到的過程參數(shù)是新的，或者是有一個(gè)參數(shù)被儀表操作人員輸入了，這個(gè)時(shí)候示驅(qū)動(dòng)程序模塊將會(huì)參與程序的調(diào)用。從而把現(xiàn)今的顯示數(shù)據(jù)以及顯示符號(hào)進(jìn)行更新。

整個(gè)程序的核心部分是處理數(shù)據(jù)的子程序。數(shù)據(jù)處理程序的目的主要是為了對(duì)輸入值系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而將滿足量程要求的數(shù)據(jù)輸出來。此外還可以將A/D轉(zhuǎn)換后的采樣結(jié)果輸出來，這個(gè)轉(zhuǎn)換是十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。

①系數(shù)調(diào)整

IN0的輸入值最大的是5V，當(dāng)質(zhì)量是10kg的時(shí)候相應(yīng)的IN0值是4.8V，從而使得十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制更加地便捷，并且系數(shù)也可以實(shí)現(xiàn)100倍的放大。同時(shí)這個(gè)過程是通過小數(shù)點(diǎn)位置的變化進(jìn)行展現(xiàn)的。

②數(shù)制轉(zhuǎn)換

該部分主要進(jìn)行的是進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，如果是二進(jìn)制，那么左移一位代表著乘2倍，如果第四位進(jìn)位第五位的時(shí)候，數(shù)字就會(huì)從8向16轉(zhuǎn)換。如果根據(jù)十進(jìn)制進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，那么6就會(huì)丟失，因此要進(jìn)行加6的處理，而這個(gè)操作是由6來完成的。

4.2 鍵盤管理模塊

鍵盤電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)部分選擇的矩陣式是4*4的，通過鍵盤編碼的形式能夠知道數(shù)字從0到9，字母從A到F，都有一一對(duì)應(yīng)的鍵盤值，比如0對(duì)應(yīng)的是OD8H，1對(duì)應(yīng)的是0DOH，而2對(duì)應(yīng)的是ODIH等。在鍵盤程序中能夠先對(duì)按鍵編碼進(jìn)行判斷，接著按照編碼把鍵盤中所表示的數(shù)值發(fā)給存儲(chǔ)單元中，而且按鍵編碼和存儲(chǔ)單元中的值是一一對(duì)應(yīng)的，然后再選擇相應(yīng)的功能也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，鍵盤管理模塊程序如圖3所示。

4.3 報(bào)警子程序

因?yàn)殚撝敌枰ㄟ^鍵盤進(jìn)行設(shè)置，因此需要設(shè)計(jì)報(bào)警電路，在報(bào)警電路部分的報(bào)警能夠是有聲的，也可以是有光的，對(duì)比處理顯示的結(jié)果和已經(jīng)設(shè)置的閾值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)顯示的結(jié)果是大于設(shè)定的值的時(shí)候，就需要把P1中的0改成1，點(diǎn)亮發(fā)光二極管，蜂鳴器也可以產(chǎn)生相應(yīng)的聲音。在這個(gè)過程中要設(shè)置比較的程序和清零處理的程序，報(bào)警子程序如圖4所示。

圖4 報(bào)警子程序

結(jié)語：由于電子秤有著豐富多樣的技術(shù)，在我們的生活中，電子秤的價(jià)格也很合理，所以在人們的日常生活中，電子秤幾乎成為了廚房的常見物件。關(guān)于電子秤的功能還需要得到不斷地改善。本文主要介紹了基于單片機(jī)的數(shù)字電子稱的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中圍繞著軟件和硬件方面進(jìn)行展開。

[1] 馮春寶,陳文鑫,董炎峰,等.基于單片機(jī)的數(shù)字電子秤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].重慶與世界:學(xué)術(shù)版,2015(7)

[2] 孫澤烽,盧雨情,胡靜.基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013(28):19-19