王雯冬

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機的數(shù)字電子秤設(shè)計

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，根據(jù)稱重傳感器從而實現(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)計了電子稱處理數(shù)據(jù)以及自動稱重。

電子稱 單片機 A/D

1 引言

測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，通過軟件和硬件的設(shè)計從而達到智能稱重的目的，同時按照物體的重量進行轉(zhuǎn)變?yōu)槭澄锼鶎?yīng)的熱量。本文在設(shè)計方面以高精確度，好穩(wěn)定性為標(biāo)準(zhǔn)，保證成本不增加的情況下，根據(jù)單片機的相關(guān)技術(shù)，進而增強電子秤的一些新型功能，從而推動電子秤的進步與發(fā)展。

2 電子稱概述

物料計量在日常的生產(chǎn)中有著很大的應(yīng)用。計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)展以及不斷地擴大商品的流通，對衡器的要求也已經(jīng)逐漸增強，以往所用到的機械杠桿秤無法滿足工業(yè)自動化以及工業(yè)管理領(lǐng)域的需求。隨著近60年以來，因為傳感器技術(shù)以及計算機技術(shù)的飛速成長，電子稱重技術(shù)不斷地走向前端發(fā)展，同時代替了傳統(tǒng)的機械秤。特別是在這近70年初期中，由于出現(xiàn)了微處理機，從而推動了電子稱重技術(shù)的進步。現(xiàn)代稱重技術(shù)的特點主要是圍繞著準(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，同時也是工業(yè)控制領(lǐng)域必不可少的一個部件。對工業(yè)自動化以及工業(yè)管理都有著推動的作用，在企業(yè)的管理中能夠增強產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 設(shè)計的基本思路

在秤盤上放置物體，傳感器就會接收到壓力，此時傳感器就會發(fā)生變形，因此緊隨著會導(dǎo)致阻抗也友生改變。另外運用激勵電壓也會出現(xiàn)改變，模擬信號將會輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器會接收這個輸出的模擬信號，并且模擬信號經(jīng)過了放大電路進行了放大。放大的信號會進行轉(zhuǎn)換，從而形成數(shù)字信號，該數(shù)字信號將會輸入到MCU運算器中，實現(xiàn)控制。按照鍵盤中的相關(guān)命令MCU和其他的就會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向數(shù)字信號輸出進行的一種器件。考慮到在系統(tǒng)中，傳感器中輸出的信號同時都是模擬量，然而數(shù)字信號通常是單片機進行處理的，因此要進行生成的模擬信號向數(shù)字信號轉(zhuǎn)化的過程。而這個過程的轉(zhuǎn)換是通過A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)完成的，把外圍設(shè)備里面的模擬量向數(shù)字量進行轉(zhuǎn)換，最后再把結(jié)果傳到單片機中從而處理的過程是由單片機完成。

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)換器的比較實現(xiàn)是通過逐位比較寄存器中高位到低位。并且在這個轉(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做清零處理，當(dāng)需要做轉(zhuǎn)換處理的時候，把最高位設(shè)成1，通過D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，對比轉(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候，那么不保留1，接著不斷地重復(fù)上面的過程，依次實現(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

4.1 數(shù)據(jù)顯示模塊

顯示字符的實現(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行調(diào)用。鍵盤顯示子程序的實現(xiàn)需要通過8279初始化命令完成實現(xiàn)，接著把寫顯示的命令輸出。在整個顯示的流程中延時子程序是必須要調(diào)用的。如果輸入通道的時候采集到的過程參數(shù)是新的，或者是有一個參數(shù)被儀表操作人員輸入了，這個時候示驅(qū)動程序模塊將會參與程序的調(diào)用。從而把現(xiàn)今的顯示數(shù)據(jù)以及顯示符號進行更新。

整個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輸入值系數(shù)進行調(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，這個轉(zhuǎn)換是十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(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的時候相應(yīng)的IN0值是4.8V，從而使得十六進制轉(zhuǎn)換十進制更加地便捷，并且系數(shù)也可以實現(xiàn)100倍的放大。同時這個過程是通過小數(shù)點位置的變化進行展現(xiàn)的。

②數(shù)制轉(zhuǎn)換

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

4.2 鍵盤管理模塊

鍵盤電路的設(shè)計實現(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，都有一一對應(yīng)的鍵盤值，比如0對應(yīng)的是OD8H，1對應(yīng)的是0DOH，而2對應(yīng)的是ODIH等。在鍵盤程序中能夠先對按鍵編碼進行判斷，接著按照編碼把鍵盤中所表示的數(shù)值發(fā)給存儲單元中，而且按鍵編碼和存儲單元中的值是一一對應(yīng)的，然后再選擇相應(yīng)的功能也可以進行數(shù)據(jù)處理，鍵盤管理模塊程序如圖3所示。

4.3 報警子程序

因為閾值需要通過鍵盤進行設(shè)置，因此需要設(shè)計報警電路，在報警電路部分的報警能夠是有聲的，也可以是有光的，對比處理顯示的結(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)定的值的時候，就需要把P1中的0改成1，點亮發(fā)光二極管，蜂鳴器也可以產(chǎn)生相應(yīng)的聲音。在這個過程中要設(shè)置比較的程序和清零處理的程序，報警子程序如圖4所示。

圖4 報警子程序

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的數(shù)字電子稱的設(shè)計，系統(tǒng)中圍繞著軟件和硬件方面進行展開。

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

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