基于AT89S52单片机的双精度电子称设计

2018-07-27靳姗

现代制造技术与装备 2018年6期

靳姗

（山西机电职业技术学院，长治 046011）

1 系统总体设计

单片机具有成本低、功耗低、体积小、运算功能强和技术成熟等优点，常用作较简单功能系统的控制核心。本文采用AT89S52单片机作为该电子秤的控制核心。当把物体放到秤盘上时，压力传感器产生形变，对应阻值发生改变，其构成的电桥电路输出电压改变，并输出一个随物体重量不同而变化的模拟信号。此信号经过滤波、放大、A/D转换处理后，传输到AT89S52单片机的控制单元内，按照编写的程序要求将键盘的输入和输出数据进行显示，并对超重等情况进行报警。

2 电路设计

该电子秤电路设计主要包括五大模块，即重量采集模块、信号处理模块、键盘输入模块、液晶显示模块和报警模块。

2.1 重量采集模块

常用称重传感器有效量程在20%～80%时测量误差在±0.01kg。通过查找相关资料发现，测量范围在几十千克、振动不大的场合，L-PSIII型传感器精度高，具有过载保护装置，最大量程为20kg，精度为0.01%，满量程时误差为0.002kg；由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成的SP20C-G501，具有过载保护装置，最大量程为7.5kg，精度为0.05%，满量程时误差为0.01kg。为保证电子秤称量结果的准确性，克服传感器在低量程段线性度差等缺点，在称重0～2kg的物品时，人们可以选用L-PSIII型传感器构成称重电路；在称重2～10kg的物品时，可以选用SP20C-G501电阻应变传感器构成称重电路。

考虑到惠斯登电桥具有抑制温度变化、抑制干扰、补偿方便等优点，人们可以利用上述电阻应变式传感器组成四臂电桥（全桥）电路，实现压力信号的采集。

电阻应变式传感器在称重传感器中应用最为广泛，其中应变片是称重传感器的核心部件，弹性元件是其基础组成部分。当弹性元件受力发生形变时，应变片上粘贴的敏感栅发生变形，传感器的阻值发生相应的变化，经信号处理电路后转为电压或电流的变化，其输出电压信号由式（1）给出。

2.2 信号处理模块

由于压力传感器的输出电压信号均在0～20mV，而A/D转换器的输入电压要求在-2～2V，因此要求运算放大器的放大倍数至少达到100倍。考虑到INA126具有静态电流小、电源范围宽、外接元件少、功耗低、精度高、自动校零等特点，只需调节外接电阻RG就可实现5～10000范围内的任意增益。

在实际测量中，检测到的电压信号是连续变化的模拟量，而单片机只能接收数字信号，需将模拟量转换为数字量，即A/D转换模块。考虑到AD574转换器具备外接元件少、功耗低、精度高、自动校零、自动极性转换、外接阻容件少等特点，经计算，其精度为5/2048=0.0024，远远小于误差±0.005，并且价格明显低于其他同类产品（如MAX197）。

2.3 键盘控制模块

单片机利用扫描式方法判断有无按键按下，即CPU在规定的周期内，通过扫描每个按键数据线上有无信号的方式判断该按键是否被按下。本文设计的电子秤需要设置输入常用的十进制数字，还需具备复位、清零、确认、删除等常用功能，因此共需设计16个按键。考虑到所选用AT89S52单片机的数据引脚问题，同时扩展式键盘——矩阵式键盘具备连接较少数据线即可产生多个按键，比如3×3的矩阵键盘就可产生9个按键，但只需6根数据线。因此选用矩阵式4×4的键盘，即可完成16个按键的输入。

2.4 数据显示模块

显示器是人机交换的重要部分，它可以将信号转换电路输出的数据经CPU处理后直观地进行显示。由于LED数码管显示，不仅需要动态扫描，还需借助74LS164移位寄存器进行移位，考虑到存储时麻烦易出错，选用LCD1602液晶显示器，用来显示物品信息、价格等。

2.5 报警模块

智能称重仪器一般都具有报警和通信功能，当出现称重系统运行错误、重量超出测量范围或超出用户设置的上下限等情况时，及时提醒用户。在本系统中，设置报警功能的目的就是为防止仪器损坏，当不在电子秤测量范围内时，发出声光报警信号，提示用户。

3 软件设计

为了方便程序编程与调试，软件设计采用自上而下、模块化、结构化的设计方法，将编程步骤细分，确保每个功能模块相互独立、能完成一个明确的任务以实现对应的功能。C语言作为一种通用的计算机程序设计语言，本文所有程序均采用C语言编写，包括主程序、A/D转换子程序、键盘扫描子程序、液晶显示子程序、软件驱动程序、报警子程序等。具体设计思路：经初始化子程序后，通过压力传感器及信号处理电路获得物体重量，通过键盘输入物品单价，由此单片机经数据处理后计算得到总价（=单价×物体重量），实时显示十进制的物重、单价及总价。当采集的物体重量低于最小设定值或超出最大设定值时，蜂鸣器和指示灯发出报警信号。