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基于单片机控制的电子秤结构及原理

文章出处:admin 人气:发表时间:2021-08-10 08:44

在工业生产和贸易流通中,物料的计量是一个重要环节。称量装置是不可缺少的一种测量工具。它是一种集现代传感技术、电子技术和计算机技术于一体的电子秤,具有称重快、显示直观、不易磨损等优点,能有效消除人为误差,使其更符合工业计量管理和工业生产过程控制的应用要求,并逐渐取代传统的机械杠杆测量秤成为主流产品。采用单片机AT89C52作为控制核心,结合电阻应变压力传感器和A/D转换芯片HX711,设计了一种低成本、高性能的电子秤。1基于单片机控制的电子秤结构及原理本设计中的电子秤结构如图1所示,其原理是将被测物体的重量转换成模拟电压信号,其强度随其重量的大小而变化。用于环境温度的NTC热敏电阻传感器。利用A/D转换芯片HX711作为计量和NTC温度补偿的转换器,将模拟电压信号转化为数字信号,并与物体重成比例。AT89C52单片机处理数字信号,利用LCD对对象进行显示。按下按钮输入被测对象的单价,单片机将物重和单位价格通过乘法运算,得到总价,并在LCD显示屏上显示。另外,电子天平还可以打印被测物体的质量、单价、总价等信息。
2硬件设计2.1桥式压敏电阻传感器设计图2显示的是桥式压敏电阻传感器,桥式压敏电阻传感器主要利用应改变电阻的片状变化将相应的压力转换成电参数。通过滤波电路过滤后,将电参数输入模数转换器。
2.2滤波电路采用复式滤波电路所示,将对交流阻抗大的元件电感与负载串联,以降低较大纹波电压,而将对交流阻抗小的元件电容电容与负载并联,使具有较大纹波电流的旁路。它与电容、电感滤波原理相似,基本上就是电容滤波和一级LC滤波电路的结合。可以降低脉冲组分,使输出电压更平滑,更好地抵抗外部干扰。2.3A/D转换模块设计滤波后产生的电压信号为模拟信号。但是单片机处理数字信号。所以,要把模拟量输入单片机进行加工,首先要通过模拟量向数字量的转换。完成模数转换的零件叫A/D转换器。所用的重量传感器是采用传统的桥型传感器,这种传感器要求模块输出位数至少为15比特(2^15=32768),而传统的8位ADC已经无法满足要求。HX711是一款高精度24位A/D转换芯片,内置增益控制,精度高,性能稳定。本发明将稳压电源、片内时钟振荡器等外围电路集成在一起,具有较高的集成度、响应速度和抗干扰能力。使整机整机成本降低,HX711通道A模拟差分输入可以直接与桥式传感器差分输出相结合。采用A/D转换器的输入动态范围大,采用128或64路可编程增益,实现了A/D转换器的输入动态范围。这两个增益对应的满量程差输入电压分别为±20mV或±40mV。信道B是32增益固定的,而相应的满量程差输入电压是±80mV。信道B用于温度参数检测。HX711通过采集A通道的重量传感器模拟量和模拟B通道的温度传感器量转换成数据,以多位数据的串口传输形式,传送到单片机。串口通信线由管脚PD_SCK和DOUT组成,用于输出数据,选择输入通道和增益。
2.4温度补偿设计的桥式压敏电阻传感器采用半导体式,当输入压力的数值不变,当工作温度改变时,传感器的输出信号会产生温度漂移,从而影响物体质量的测量精度。为了解决温度特性较差的压敏电阻传感器,本设计采用NTC环氧封装的热敏电阻传感器测量环境温度,从而使重传感器在当时的温度下(正常使用温度范围内-30℃~70℃)进行修正处理。通过相应温度环境下2Kg标定的标定(标定,也就是称重标定)的实际测量数据,获得相应的补偿系数。相应的是R-T温度阻值变化表,通过查表可以推导出相应的环境温度,即可用于秤体的温重补偿与校正。图5中显示了R-T特性曲线的示意图。图5R-T特性曲线示意图2.5电源设计本设计中的打印机用的12V电源是采用3A电流输出降压开关型集成稳压芯片LM2576HVT-12方案,将220V的交流电压通过整流桥,再通过LM-2576HVVT-12集成稳压电源。此外,为了保证AD采集的稳定性,HX711单片机单独使用一路5V电源,使用打印机的2V电源输入,通过LM1117-5.0DC-DC稳压芯片获得稳定的5V电源,另一种5V电源则是采用LM1117-5.0DC-DC稳压芯片获得稳定的5V电源。图6是功率转换的示意图。
3软件设计为便于程序调试和提高可靠性,程序设计采用了自上而下、模块化、结构化的程序设计方法,将总体编程过程逐步细分,分解为单个功能模块,每一功能模块独立完成明确的任务,实现特定功能。图7显示了软件设计的流程图。图6电源转换图示7软件设计流程图4结语。
把电子技术的原理应用到日常生活中,解决生活和生产中遇到的实际问题,设计出的产品都是如此。
就是需求,这样就会有更强的生命力。本论文所设计的电子秤综合了微处理、传感器、数字显示等技术,具有精度高、抗干扰能力强等优点。
以δR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2②用式①去除式②可=re=r2=rrl/L=单位为材料的横向效应泊松系数。带电阻器的电阻变化率(相对电阻值)与电阻丝伸长率(相对变化)(1+2μL/L)/L=2μL/L=2μL/L=(1+2μ/L))*电阻变化率(电阻相对变化)与电阻丝伸长率(长度相对变化)之间的关系。4测试方案和测试结果4.1为使电子秤的测试更加全面、准确,我们在测试中重点对电子秤的精度进行了测试。试验前必须反复检查,模拟电路和硬件电路必须与系统原理图完全一致,硬件电路保证无虚焊。4.1.1精确度是指测量仪器的读数(或测量结果)与被测量真值相一致的程度,它不仅用于测量仪器的性能,而且还用于评价测量结果的最基本和主要指标。精密度、正确度、准确度三个指标也可以对精度进行表征。4.1.2信号处理和数据校验是整个设计环节的关键环节。因为重量为标准质量m,所以在称重时表现为模拟信号,通过电阻的应变片和A/D转换模块采集和转换。HX711芯片转换完成后,主控芯片的返回值数据与标准质量不匹配,因此需要进行修正。该设计中多处采用了多种数据标定方法,以减小数据波动,提高数据的线性度。一是改变HX711驱动的参数,将信号放大,二是用MicrosoftExcel软件对采集的数据进行处理。
该方法采用如下公式:①在式中,φ标准是更接近实际质量的重量值,φ当前所获取的重量值,在w2条件下,所对应的AD值是质量在w1情况下的AD值。以及不同品级范围。

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