基于单片机的数字电子秤设计

2017-02-06王雯冬

数码世界 2017年1期

关键词：子程序数字信号模拟量

王雯冬

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的数字电子秤设计

王雯冬

辽宁锦州渤海大学工学院

电子秤作为现代新型称重仪器中的一种重要的形式，结合转换和检测相关技术以及信息处理技术。电子称的中心控制单元是单片机，根据称重传感器从而实现A/D转换，组成部分主要包括显示电路、键盘和相关软件。此系统设计了电子称处理数据以及自动称重。

电子称单片机 A/D

1 引言

测量物体自身的重量在人们的日常生活中十分普遍，所以电子秤的用处很普遍，作为称重技术领域里面新型仪表电子秤的代表，电子秤在很多的领域中都发挥着很大的用途。本文电子称的中心控制单元是单片机，通过软件和硬件的设计从而达到智能称重的目的，同时按照物体的重量进行转变为食物所对应的热量。本文在设计方面以高精确度，好稳定性为标准，保证成本不增加的情况下，根据单片机的相关技术，进而增强电子秤的一些新型功能，从而推动电子秤的进步与发展。

2 电子称概述

物料计量在日常的生产中有着很大的应用。计量的工具中所包括的有称重装置以及衡器装置。随着工农业不断的发展以及不断地扩大商品的流通，对衡器的要求也已经逐渐增强，以往所用到的机械杠杆秤无法满足工业自动化以及工业管理领域的需求。随着近60年以来，因为传感器技术以及计算机技术的飞速成长，电子称重技术不断地走向前端发展，同时代替了传统的机械秤。特别是在这近70年初期中，由于出现了微处理机，从而推动了电子称重技术的进步。现代称重技术的特点主要是围绕着准确高效，易操作，减少人为误差等方面。称重装置除了包含重量数据的单体仪表以外，同时也是工业控制领域必不可少的一个部件。对工业自动化以及工业管理都有着推动的作用，在企业的管理中能够增强产品的质量。

3 系统硬件设计

3.1 设计的基本思路

在秤盘上放置物体，传感器就会接收到压力，此时传感器就会发生变形，因此紧随着会导致阻抗也友生改变。另外运用激励电压也会出现改变，模拟信号将会输出。模数转换器会接收这个输出的模拟信号，并且模拟信号经过了放大电路进行了放大。放大的信号会进行转换，从而形成数字信号，该数字信号将会输入到MCU运算器中，实现控制。按照键盘中的相关命令MCU和其他的就会在显示器中输出处理的结果。最后再把这种结果显示出来，如图1所示。

图1 电子秤系统结构图

3.2 A/D转换器

模数转换器主要是把输入电压信号向数字信号输出进行的一种器件。考虑到在系统中，传感器中输出的信号同时都是模拟量，然而数字信号通常是单片机进行处理的，因此要进行生成的模拟信号向数字信号转化的过程。而这个过程的转换是通过A/D转换器实现完成的，把外围设备里面的模拟量向数字量进行转换，最后再把结果传到单片机中从而处理的过程是由单片机完成。

3.3 逐次逼近式A/D转换器的工作原理

本文选择的A/D转换器是逐次逼近式A/D转换器，它的组成部分主要包括了控制电路、比较器、寄存器、D/A转换器等。根据比较的结果从而得出相应的数字量转换，逐次逼近型A/D转换器的比较实现是通过逐位比较寄存器中高位到低位。并且在这个转换的过程中，主要的流程如下所示：

首先是将寄存器的每一位都自动做清零处理，当需要做转换处理的时候，把最高位设成1，通过D/A转换器实现转换，对比转换和输入模拟量的结果，当发现输入的模拟量是大于转换的模拟量时候，那么就保留1，当发现输入的模拟量是比转换的模拟量比小的时候，那么不保留1，接着不断地重复上面的过程，依次实现第二位到最低位的处理，接着寄存器里面的结果显示的是输入模拟量相应的数字量。

3.4 液晶显示电路1602

1602选用的接口是通常使用的标准16脚，这16脚的具体介绍如表1所示。

表1 16引脚的具体介绍

3.5 接口电路

DM162液晶显示模块能够与单片机AT89C51可以通过接口连接，接口电路如图2所示。

图2 DM-162液晶显示模块与AT89C51接口电路

4 系统软件的设计

4.1 数据显示模块

显示字符的实现是通过显示子程序完成的，先是将8279的键盘显示子程序进行调用。键盘显示子程序的实现需要通过8279初始化命令完成实现，接着把写显示的命令输出。在整个显示的流程中延时子程序是必须要调用的。如果输入通道的时候采集到的过程参数是新的，或者是有一个参数被仪表操作人员输入了，这个时候示驱动程序模块将会参与程序的调用。从而把现今的显示数据以及显示符号进行更新。

整个程序的核心部分是处理数据的子程序。数据处理程序的目的主要是为了对输入值系数进行调整，从而将满足量程要求的数据输出来。此外还可以将A/D转换后的采样结果输出来，这个转换是十六进制数转换为十进制数。

①系数调整

IN0的输入值最大的是5V，当质量是10kg的时候相应的IN0值是4.8V，从而使得十六进制转换十进制更加地便捷，并且系数也可以实现100倍的放大。同时这个过程是通过小数点位置的变化进行展现的。

②数制转换

该部分主要进行的是进制的转换，如果是二进制，那么左移一位代表着乘2倍，如果第四位进位第五位的时候，数字就会从8向16转换。如果根据十进制进行数据的读取，那么6就会丢失，因此要进行加6的处理，而这个操作是由6来完成的。

4.2 键盘管理模块

键盘电路的设计实现部分选择的矩阵式是4*4的，通过键盘编码的形式能够知道数字从0到9，字母从A到F，都有一一对应的键盘值，比如0对应的是OD8H，1对应的是0DOH，而2对应的是ODIH等。在键盘程序中能够先对按键编码进行判断，接着按照编码把键盘中所表示的数值发给存储单元中，而且按键编码和存储单元中的值是一一对应的，然后再选择相应的功能也可以进行数据处理，键盘管理模块程序如图3所示。

4.3 报警子程序

因为阈值需要通过键盘进行设置，因此需要设计报警电路，在报警电路部分的报警能够是有声的，也可以是有光的，对比处理显示的结果和已经设置的阈值，当发现显示的结果是大于设定的值的时候，就需要把P1中的0改成1，点亮发光二极管，蜂鸣器也可以产生相应的声音。在这个过程中要设置比较的程序和清零处理的程序，报警子程序如图4所示。