畢業(yè)論文---電子體重秤測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p>　　電子體重秤測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　Design and Implementation of Electronic Weighing Scale Test System</p><p>　　[摘 要] 分析了電子體重秤的現(xiàn)狀，提出了一種簡單電子體重秤的設(shè)計(jì)方案。本課題設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的智能人體電子秤，詳述了該系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)集稱重和顯

2、示體重指數(shù)于一體，以STC12單片機(jī)為主控芯片，選用應(yīng)變式傳感器，外圍附以稱重電路、顯示電路、按鍵電路。制作了實(shí)物體重秤，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)稱重系統(tǒng)的功能。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 應(yīng)變式傳感器；STC12單片機(jī)；體重指數(shù)計(jì)算</p><p>　　Design and Implementation of Electronic Weighing Scale System</p>

3、<p>　　Abstract: The current situation of electronic weighing scale is analyzed in this paper, while one simple electronic weighing scale design plan is put forward. The intelligent human electronic scale is designe

4、d with the core of SCM, hardware and software of the system are also elaborated. This system gathers weighing and showing body mass index and is mainly controlled by STC12 single chip, the periphery is consists of strain

5、 gauge sensor with weighing circuit, display circuit, buttons circuit. T</p><p>　　Key words: strain gauge sensor; stc12 single chip; body mass index</p><p><b>　　目 錄</b></p>&

6、lt;p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景及意義1</p><p>　　1.2 單片機(jī)在體重秤上的應(yīng)用1</p><p>　　2 電子體重秤的設(shè)計(jì)思路2</p><p>　　2.1 電子體重秤的原理2</p><p>　　2.2 電子體重秤的基本

7、結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2.2.1 承重、傳力復(fù)位系統(tǒng)2</p><p>　　2.2.2 稱重傳感器2</p><p>　　2.2.3 測量顯示、數(shù)據(jù)顯示裝置3</p><p>　　2.3 電子秤的計(jì)量性能3</p><p>　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證與選型3</p><p>&l

8、t;b>　　3.1 控制器4</b></p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集部分4</p><p>　　3.2.1 傳感器的選擇4</p><p>　　3.2.2傳感器技術(shù)指標(biāo)6</p><p>　　3.2.3 放大電路模塊6</p><p>　　3.2.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇7</p

9、><p>　　3.3 顯示電路部分7</p><p>　　3.4 STC12C5A60S2的最小系統(tǒng)電路8</p><p>　　3.4.1 單片機(jī)芯片STC12管腳圖9</p><p>　　3.4.2單片機(jī)的基本連接電路9</p><p>　　3.5 鍵盤電路10</p><p>　　4

10、電子體重秤實(shí)物的設(shè)計(jì)與制作10</p><p>　　4.1實(shí)物的設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.2 實(shí)物加工圖紙11</p><p>　　4.2.1體重秤墊塊11</p><p>　　4.2.2 體重秤踏板11</p><p>　　4.2.3體重秤底座12</p><p>　　5

11、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.1 初始化及主程序模塊12</p><p>　　5.2 按鍵模塊13</p><p>　　5.3 顯示模塊13</p><p>　　5.4 AD轉(zhuǎn)換模塊14</p><p>　　6 軟硬件的調(diào)試14</p><p>　　6.1 軟件部分14

12、</p><p>　　6.2 硬件部分15</p><p><b>　　結(jié)束語16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　附錄18</b></p><p><b>　　致謝22</

13、b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景及意義</p><p>　　質(zhì)量是測量領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)，稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視。公元前，人們?yōu)榱藢ω浳锝粨Q量進(jìn)行估計(jì)，起初采用木材或陶土制作的容器對交換貨物進(jìn)行計(jì)量。以后，又采用簡單的秤來測定質(zhì)量。秤是最普遍、最普及的計(jì)量設(shè)備，電子秤取代機(jī)

14、械秤是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。低成本、高智能化的電子秤無疑具有極其廣闊的市場前景[1]。</p><p>　　稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視，作為一種計(jì)量手段，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個(gè)領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連。電子稱重技術(shù)從靜態(tài)稱重向動(dòng)態(tài)稱重發(fā)展：計(jì)量方法從模擬測量向數(shù)字測量發(fā)展；測量特點(diǎn)從單參數(shù)測量向多參數(shù)測量發(fā)展，特別是對快速稱重和動(dòng)態(tài)稱重的研究與應(yīng)用。通過分析近年來電子衡器產(chǎn)品的發(fā)展情

15、況及國內(nèi)外市場的需求，電子衡器總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智慧化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；其功能趨向是稱重計(jì)量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合性。隨著微電子技術(shù)的應(yīng)用，市場上使用的傳統(tǒng)稱重工具已經(jīng)滿足不了人們的要求。為了改變傳統(tǒng)稱重工具在使用上存在的問題，在本設(shè)計(jì)中將智能化、自動(dòng)化、人性化用在了電子秤重的控制系統(tǒng)中[2]。</p><p&

16、gt;　　1.2 單片機(jī)在體重秤上的應(yīng)用</p><p>　　目前，隨著社會(huì)的發(fā)展、生活水平不斷提高，人們越來越關(guān)注自己的身體健康。許多人由于工作的壓力和不良的飲食習(xí)慣，使得身體健康每況愈下，疾病也隨之而來，而在這些人群中，患有肥胖和營養(yǎng)不良的病人居多。為方便人們及時(shí)了解自己的體重是否超出或低于標(biāo)準(zhǔn)的體重，在許多公共場合都擺放了人體秤，商場、藥店、馬路旁等隨處可見，給那些由于工作緊張沒有時(shí)間到醫(yī)院做定期體驗(yàn)的人

17、們帶來了方便。人體秤已不再是醫(yī)院的專用醫(yī)療器械，已成為人們生活中不可缺少的一部分。體重健康標(biāo)準(zhǔn)的具體計(jì)算方法如下(僅適合中國人群)男性：標(biāo)準(zhǔn)體重=(身高-100)*0.9。女性：標(biāo)準(zhǔn)體重=(身高-105)*0.9。當(dāng)實(shí)際體重大于標(biāo)準(zhǔn)體重的10％為過重，小于標(biāo)準(zhǔn)體重10％為瘦[3]。</p><p>　　普通人體秤測量身高和體重的結(jié)果都是直接用眼睛觀看指標(biāo)讀取的，由于讀數(shù)的方法各不相同、讀數(shù)時(shí)光線有明有暗等多種原因

18、，使得讀取數(shù)據(jù)的誤差過大。由于人體秤的使用非常普遍，解決這一問題顯得尤為重要。近年來，隨著科技不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)已滲透到各個(gè)領(lǐng)域，單片機(jī)已逐漸成為科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要工具，正在不斷地走向深入。單片機(jī)的應(yīng)用已深入到人類的生活、生產(chǎn)等各種領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的由單片機(jī)控制的人體稱，比普通人體稱在耐用性、適用環(huán)境、讀數(shù)的準(zhǔn)確度等方面有了很大的提高。</p><p>　　智慧人體秤經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，適合在廣大工薪階層推廣。因

19、此，以單片機(jī)為控制核心的人體秤，不但提高了讀數(shù)的精確度，給人們以直觀的效果，將身材標(biāo)準(zhǔn)與否一并顯示，與普通人體秤的價(jià)格相差無幾，逐漸取代傳統(tǒng)的人體秤。</p><p>　　2 電子體重秤的設(shè)計(jì)思路</p><p>　　2.1 電子體重秤的原理</p><p>　　當(dāng)被稱物體放置在秤體的秤臺(tái)上時(shí)，其重量便通過秤體傳遞到稱重傳感器，傳感器隨之產(chǎn)生力－電效應(yīng)，將物體的重量

20、轉(zhuǎn)換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關(guān)系(一般成正比關(guān)系)的電信號(hào)(電壓或電流等)。此信號(hào)由放大電路進(jìn)行放大、經(jīng)濾波后再由模/數(shù)（A/D）器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號(hào)再送到微處器的CPU處理，CPU不斷掃描鍵盤和各種功能開關(guān)，根據(jù)鍵盤輸入內(nèi)容和各種功能開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行必要的判斷、分析、由儀表的軟件來控制各種運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果送到內(nèi)存貯器，需要顯示時(shí)，CPU發(fā)出指令，從內(nèi)存貯器中讀出送到顯示器顯示，或送打印機(jī)打印。一般地信號(hào)的放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換以及信號(hào)各

21、種運(yùn)算處理都在儀表中完成。</p><p>　　本設(shè)計(jì)由以下幾部分組成：電阻應(yīng)變傳感器、信號(hào)放大器、單片機(jī)、按鍵、LED燈、顯示器。</p><p>　　圖2-1 設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　2.2 電子體重秤的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.1 承重、傳力復(fù)位系統(tǒng) </p><p>　　它是被稱物體與轉(zhuǎn)

22、換組件之間的機(jī)械、傳力復(fù)位系統(tǒng)，又稱電子秤的秤體，一般包括接受被稱物體載荷的承載器、秤橋結(jié)構(gòu)、吊掛連接部件和限位減振機(jī)構(gòu)等。</p><p>　　2.2.2 稱重傳感器</p><p>　　即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換組件，它是把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。</p><p>　　按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)型式不同，可

23、以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等）和應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、聲表面諧振式）或是利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器[4]。</p><p>　　對稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(tài)的影響要?。荒茉谳^差的工作條件下工作；有較好的頻響特性；穩(wěn)定可靠。本次設(shè)計(jì)采用的是電阻應(yīng)變式傳感器。</p>

24、<p>　　2.2.3 測量顯示、數(shù)據(jù)顯示裝置</p><p>　　即處理稱重傳感器信號(hào)的電子線路（包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電流源或電壓源、調(diào)節(jié)器、補(bǔ)嘗組件、保護(hù)線路等）和指示部件（如顯示、打印、數(shù)據(jù)傳輸和存貯器件等）。這部分習(xí)慣上稱載荷測量裝置或二次儀表。在數(shù)字式的測量電路中，通常包括前置放大、濾濾、運(yùn)算、變換、計(jì)數(shù)、寄存、控制和驅(qū)動(dòng)顯示等環(huán)節(jié)。</p><p>　　2.3 電

25、子秤的計(jì)量性能</p><p>　　電子秤的計(jì)量性能涉及的主要技術(shù)指針有：量程、分度值、分度數(shù)、準(zhǔn)確度等級等。</p><p>　?。?）量程：電子衡器的最大稱量Max，即電子秤在正常工作情況下，所能稱量的最大值。</p><p>　?。?）分度值：電子秤的測量范圍被分成若干等份，每份值即為分度值。用e或d來表示。</p><p>　?。?）

26、分度數(shù)：衡器的測量范圍被分成若干等份，總份數(shù)即為分度數(shù)用n表示。電子衡器的最大稱量Max可以用總分度數(shù)n與分度值d的乘積表示即 Max= n ?d</p><p>　?。?）準(zhǔn)確度等級：國際法制計(jì)量組織把電子秤按不同的分度數(shù)分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類等級，分別對應(yīng)不同準(zhǔn)確度的電子秤和分度數(shù)n的范圍，如下表所示：</p><p>　　表2-1 電子秤等級分類</p><p&g

27、t;　　本設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)：測量范圍0～100kg；顯示精度0.1kg；精度等級Ⅳ級。</p><p>　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證與選型</p><p>　　測量部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號(hào)，得到微弱的電信號(hào)（本設(shè)計(jì)為電壓信號(hào)），而后經(jīng)處理電路（如濾波電路，差動(dòng)放大電路，）處理后，送A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出。控制器部分接受來自A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，將數(shù)字信

28、號(hào)轉(zhuǎn)換為人體的實(shí)際重量信號(hào)，并將其存儲(chǔ)到存儲(chǔ)單元中?？刂破鬟€可以通過對擴(kuò)展I/O的控制，對鍵盤進(jìn)行掃描，而后通過鍵盤散轉(zhuǎn)程序，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)顯示功能[5]。</p><p><b>　　3.1 控制器</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)由于要求必須使用單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器,而且以單片機(jī)為主控制器的設(shè)計(jì)，可以容易地將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測量控制

29、技術(shù)結(jié)合在一起，組成新型的只需要改變軟件程序就可以更新?lián)Q代的“智能化測量控制系統(tǒng)”。這種新型的智能儀表在測量過程自動(dòng)化、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面，都取得了巨大的進(jìn)展。</p><p>　　再則由于系統(tǒng)沒有其它高標(biāo)準(zhǔn)的要求，又考慮到本設(shè)計(jì)中程序部分比較大，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)的分析，設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡單的的系統(tǒng)，可以選用帶EPROM的單片機(jī)，由于應(yīng)用程序不大，應(yīng)用程序直接存儲(chǔ)在片內(nèi)，不用在外部擴(kuò)展內(nèi)存，這樣電

30、路也可簡化。在這里選用STC12系列單片機(jī)。STC12系列與89C52相比由是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。</p><p>　　最后我們最終選擇了STC12C5A60S2這個(gè)單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能要求STC12C5A60S2內(nèi)部帶有定時(shí)控制邏輯、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR及程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP、RAM地址寄存器、16位地址緩沖器、內(nèi)部集

31、成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合，能滿足本次設(shè)計(jì)的基本要求[6]。</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集部分</p><p>　　電子秤的數(shù)據(jù)采集部分主要包括稱重傳感器、處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，因此對于這部分的論證主要分三方面。</p><p>　　3.2.1 傳感器的選擇</p>

32、;<p>　　在設(shè)計(jì)中,傳感器是一個(gè)十分重要的組件,因此對傳感器的選擇也顯的特別的重要,不僅要注意其量程和參數(shù),還有考慮到與其相配置的各種電路的設(shè)計(jì)的難以程度和設(shè)計(jì)性價(jià)比等等。</p><p>　　傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的最大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的最大偏載及動(dòng)載等因素綜合評價(jià)來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，

33、由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。傳感器量程的計(jì)算公式是在充分考慮到影響秤體的各個(gè)因素后，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)而確定的。其公式如下：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　C—單個(gè)傳感器的額定量程；W—秤體自重；W max—被稱物體

34、凈重的最大值；N—秤體所采用支撐點(diǎn)的數(shù)量；K0—保險(xiǎn)系數(shù)，一般取值在1.2～1.3之間；K1—沖擊系數(shù)；K2—秤體的重心偏移系數(shù)；K3—風(fēng)壓系數(shù)。本設(shè)計(jì)要求稱重范圍0～100kg，重量誤差不大于0.1kg，根據(jù)傳感器量程計(jì)算公式（3-1）可知：</p><p>　?。?-2） </p><p>　　為保證電子秤稱量結(jié)果的

35、準(zhǔn)確度，克服傳感器在低量程段線性度差的缺點(diǎn)。傳感器的量程應(yīng)根據(jù)皮帶秤的最大流量來選擇。在實(shí)際工作中，要求稱重傳感器的有效量程在20%～80%之間，線性好，精度高。重量誤差應(yīng)控制在±0.1Kg，又考慮到秤臺(tái)自重、振動(dòng)和沖擊分量，還要避免超重?fù)p壞傳感器，根據(jù)公式3-1的計(jì)算結(jié)果，所以我們確定傳感器的額定載荷為150Kg，允許超載為150%，精度為0.05%，最大量程時(shí)誤差0.1kg，可以滿足本系統(tǒng)的精度要求。</p>

36、<p>　　本系統(tǒng)采用梁式稱重型稱重傳感器,額定載荷為150kg。傳感器電路所采用的是全橋電路,有四個(gè)電阻應(yīng)變片。理想情況下,傳感器輸出信號(hào)、放大器輸出信號(hào)、AD轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)、人體體重之間的關(guān)系基本成線性。</p><p>　　在電橋測量電路中，將一對變化相反的應(yīng)變片接入電橋一臂，另一臂接兩個(gè)相同的阻值作為基準(zhǔn)值；當(dāng)橋臂電阻初始值時(shí)平衡，其變化值為時(shí)，其橋路輸出電壓與成正比[7]。</p>

37、<p>　　圖3-1 稱重傳感器原理圖</p><p>　　3.2.2傳感器技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　表3-1 傳感器參數(shù)表</p><p>　　3.2.3 放大電路模塊</p><p>　　通常傳感器輸出的電信號(hào)是微弱的,不能夠滿足后續(xù)的轉(zhuǎn)換要求,必須對它進(jìn)行放大。稱重傳感器輸出電壓振幅范圍0～20mV，而單片機(jī)輸入電壓要

38、求在0～5V,為了是單片機(jī)能更好的采集信號(hào)處理，根據(jù)本設(shè)計(jì)傳感器實(shí)測數(shù)據(jù)的實(shí)際情況增益設(shè)為200倍即可，零點(diǎn)和增益的溫度漂移和時(shí)間漂移極小。</p><p><b>　　圖3-2 放大電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)選用的運(yùn)放器是OP07，OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以O(shè)P07在很多應(yīng)

39、用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放 大傳感器的微弱信號(hào)等方面。</p><p>　　圖3-3 OP07管腳圖</p><p>　　OP07芯片引腳功能說明： 1和8為偏置平衡(調(diào)零端)，2為反向輸入端，3為正向輸入端，4接地，5空腳 6為輸出，7接電源+ </p>

40、<p>　　3.2.4 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)所選用的單片機(jī)自帶10位A/D轉(zhuǎn)換模塊，能達(dá)到設(shè)計(jì)的精度要求，故電路中不再添加A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　3.3 顯示電路部分</p><p>　　顯示的種類很多，從液晶顯示、發(fā)光二極管顯示到CRT顯示器等，都可以與微機(jī)連接。其中單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示是發(fā)光二極管數(shù)碼

41、顯示器（簡稱LED顯示器）。液晶顯示器簡LCD。LED顯示器價(jià)廉，配置靈活，與單片接口方便，LCD可顯示圖形，但接口較復(fù)雜成本也較高[6]。</p><p>　　LED數(shù)碼根據(jù)LED的接法的不同分為共陰極和共陽極兩類，了解LED的這些特性，對編程很是重要，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了他們的硬件電路有差異以外，編程的方法也是不同的。在本設(shè)計(jì)中我們采用的是共陰極數(shù)碼管其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管教配置如圖所示：</p>

42、<p>　　圖3-4共陰極數(shù)碼管及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　使用LED顯示器時(shí)，要注意區(qū)分兩種不同的接法，為了顯示數(shù)字或字符，必須對數(shù)字或字符進(jìn)行編碼。七段數(shù)碼管加上小數(shù)點(diǎn)共計(jì)八段。因此為LED提供編碼正好是一個(gè)字節(jié)。實(shí)際上要顯示各種數(shù)字和字符，只需在各段二極管的陰極上加不同的電平，就可以得到不同的代碼。這些用來控制LED顯示的不同電平代碼稱為字段碼（也稱段選碼）。 根據(jù)電路連接圖顯示16進(jìn)制數(shù)

43、的編碼列表如下圖所示： </p><p>　　表3-2 共陰極數(shù)碼管表</p><p>　　3.4 STC12C5A60S2的最小系統(tǒng)電路</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)思路，此電路由一塊STC12C5A60S2、按鍵輸入電路、4位LED顯示器電路、LED燈顯示電路組成。</p><p>　　圖3-4 硬件電路設(shè)

44、計(jì)框圖</p><p>　　在本系統(tǒng)中用于稱量的主要器件是稱重傳感器（一次變換組件），稱重傳感器在受到壓力或拉力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，受到不同壓力或拉力是產(chǎn)生的電信號(hào)也隨著變化，而且力與電信號(hào)的關(guān)系一般為線性關(guān)系。</p><p>　　由于稱重傳感器一般的輸出范圍為0～20mV，對A/D轉(zhuǎn)換或單片機(jī)的工作參數(shù)來說不能使A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)正常工作，所以需要對輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。由于傳感器輸出的為模

45、擬信號(hào)，所以需要對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)稱重傳感器輸出的電信號(hào)和速度傳感器輸出的速度信號(hào)計(jì)算出人體的重量。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，硬件電路的構(gòu)成主要有以下幾部分：STC12C5A60S2的最小系統(tǒng)構(gòu)成、電源電路、數(shù)據(jù)采集、人-機(jī)交換電路等。</p><p>　　3.4.1 單片機(jī)芯片STC12管腳圖</p><p>　　圖3-

46、5 單片機(jī)管腳圖</p><p>　　3.4.2單片機(jī)的基本連接電路</p><p>　　單片機(jī)正常工作時(shí)，都需要一個(gè)時(shí)鐘電路和一個(gè)復(fù)位電路來構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所需的時(shí)鐘信號(hào)，其有兩種時(shí)鐘方式：外部時(shí)鐘和內(nèi)部時(shí)鐘。外部始終是使用外部振蕩脈沖信號(hào)，常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。本設(shè)計(jì)只有一片單片機(jī)，采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放

47、大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與回饋組件的片外石英晶體或陶瓷諧振器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低、蕩器的穩(wěn)定性、震的快速性和溫度穩(wěn)定性。外接晶體時(shí)，兩個(gè)電容通常選擇30PF左右，外接陶瓷諧振器時(shí)，典型值約為47PF.出于對測距精度的考慮，本設(shè)計(jì)采用11.0592MHZ的晶體振蕩器，c1和c2的電容值約為30

48、PF。</p><p><b>　　3.5 鍵盤電路 </b></p><p>　　圖3-6 鍵盤控制電路</p><p>　　在不同的系統(tǒng)中，鍵盤的數(shù)量有很大的差別。但是根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要，采用獨(dú)立式鍵盤既能滿足系統(tǒng)需要，又節(jié)省I/O和鍵盤的數(shù)量。</p><p>　　獨(dú)立式鍵盤的各個(gè)按鍵之間彼此是獨(dú)立的，每一個(gè)按鍵均連

49、接單片機(jī)的一根I/O口。獨(dú)立式鍵盤的硬件接口電路簡單，軟件設(shè)計(jì)也比較方便，但由于每個(gè)按鍵均需要單片機(jī)的一根I/O口，因此，獨(dú)立式鍵盤值適合于按鍵較少的場合。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。</p><p>　　獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)

50、較大，不宜采用。</p><p>　　4 電子體重秤實(shí)物的設(shè)計(jì)與制作</p><p><b>　　4.1實(shí)物的設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）選取厚度合適的材料按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切割，由于踏板底座設(shè)計(jì)需要尺寸過大無法再銑床上裝夾，在尺寸切割后手工去除毛刺和銳邊。</p><p>　?。?）為了保證孔的方便加工和減少

51、誤差，孔的設(shè)計(jì)位置在一條直線上。</p><p>　?。?）粗糙度確定：墊塊的加工精度位3.2μm，電子稱踏板與底座由于設(shè)計(jì)尺寸過大原材料在銑床上無法進(jìn)行裝夾，在切割機(jī)上進(jìn)行需要的尺寸切割后只做消除毛刺、去銳邊的的粗加工處理[8]。</p><p>　　（4）各部位尺寸：根據(jù)各定位裝置、固定裝置、調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)，其具體尺寸見圖4-1、4-2、4-3</p><p>

52、　　4.2 實(shí)物加工圖紙</p><p>　　4.2.1體重秤墊塊</p><p>　　圖4-1 體重秤墊塊</p><p>　　4.2.2 體重秤踏板</p><p>　　圖4-2 體重秤踏板</p><p>　　4.2.3體重秤底座</p><p>　　圖4-3 體重秤底座</p>

53、;<p><b>　　5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 初始化及主程序模塊</p><p>　　主程序主要是完成對各個(gè)子程序的調(diào)用以及體重的顯示，流程圖如下：</p><p>　　圖5-1 主程序流程圖</p><p><b>　　5.2 按鍵模塊</b></

54、p><p>　　身體指數(shù)計(jì)算的過程中用到按鍵程序，流程圖如下：</p><p>　　圖5-2 按鍵程序流程圖</p><p><b>　　5.3 顯示模塊</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)態(tài)顯示，使用P0口作位選，P2口作段選，并在P2口接1K的上拉電阻以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。顯示時(shí)個(gè)、十、百、千四位依次顯示，每一位

55、顯示時(shí)維持2毫秒。</p><p>　　圖5-3 顯示程序流程圖</p><p>　　5.4 AD轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　STC12系列單片自帶AD轉(zhuǎn)換模塊，放大器輸出的電壓信號(hào)要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，流程圖如下：</p><p>　　圖5-3 AD轉(zhuǎn)換流程圖</p><p><b>　　6 軟硬件的調(diào)試<

56、;/b></p><p><b>　　6.1 軟件部分</b></p><p>　　圖6-1 PROTUS仿真圖</p><p>　　由于PROTUS中沒有STC12系列單片機(jī)，仿真時(shí)由89系列外加8位AD轉(zhuǎn)換模塊代替。</p><p><b>　　6.2 硬件部分</b></p>

57、<p>　　程序仿真運(yùn)行后把電路和傳感器進(jìn)行連接并開始進(jìn)行測試，當(dāng)人站到體重秤踏板時(shí)，LED會(huì)自動(dòng)顯示人的體重。上電開始工作時(shí)，電源指示燈燈亮，LED顯示示數(shù)為零。當(dāng)被測人站上踏板，被測人體重會(huì)直接顯示在LED顯示上，其讀數(shù)為65.5kg，體重精確到0.1kg。</p><p>　　圖6-2 實(shí)物調(diào)試圖</p><p><b>　　結(jié)束語</b><

58、/p><p>　　通過這次實(shí)習(xí)，我們學(xué)到了很多東西。在這段時(shí)間里我進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)、軟件的編程實(shí)設(shè)計(jì)、軟硬件的綜合調(diào)試以及實(shí)物的制作與裝配。最終一個(gè)完整的課程設(shè)計(jì)成果出來了。當(dāng)然，這其中也有很多問題，比如胖瘦顯示燈不能完全嚴(yán)格按編制的程序執(zhí)行，但就實(shí)現(xiàn)功能來說，設(shè)計(jì)結(jié)果能夠符合題意，成功完成了此次實(shí)習(xí)要求，我們不只在乎這一結(jié)果，更加在乎的是這個(gè)過程。</p><p>　　在做本次設(shè)計(jì)過程中，

59、為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，查閱這方面的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是十分必要的。我們要對所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些資源；要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個(gè)程序的完美與否不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為數(shù)據(jù)的保存和交流提供了方便。從本次設(shè)計(jì)中學(xué)到的知識(shí)會(huì)讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、

60、分析、解決問題和實(shí)踐能力提高都會(huì)受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 施漢謙，宋文敏. 電子秤技術(shù)[M]. 北京：中國計(jì)量出版社，1991</p><p>　　[2] 趙廣平，孫雯萍，孫建軍. 電子稱重技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].儀表技術(shù)與傳感器，2007.7</

61、p><p>　　[3]　孫富康，戚鵬. 基于W77E58微處理器的多功能智能人體秤的設(shè)計(jì)[J].福建電腦， 2008.10</p><p>　　[4] 張青春,郁　嵐．智能人體電子秤的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 儀表技術(shù)，2008.7</p><p>　　[5] 程德福，王君，凌振寶，王言章。傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社2007</p><

62、p>　　[6] STC12C5A60S2系列單片機(jī)器件手冊. 宏晶STC官方網(wǎng)站</p><p>　　[7] 馬曉平. 壓力傳感器及其應(yīng)用[J].信息產(chǎn)業(yè)報(bào)道，2001.2 </p><p>　　[8] 隋文濤.新國標(biāo)表面粗糙度參數(shù)的評定程序[J].工具技術(shù)。2006.12</p><p>　　[9] 賈伯年，俞樸. 傳感器技術(shù)[M]. 南京：東南大學(xué)

63、出版社，1992</p><p>　　[10] 何立民. 單片機(jī)應(yīng)用文集 [M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　單片機(jī)程序</b></p><p>　　#include<reg51.h> </p

64、><p>　　sfr P1ASF=0X9D;</p><p>　　sfr ADC_CONTR=0XBC;</p><p>　　sfr AUXR1=0XA2;</p><p>　　sfr ADC_RES=0XBD;</p><p>　　sfr ADC_RESL=0XBE;</p><p&

65、gt;　　unsigned char code led[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};</p><p>　　unsigned int m_data,shengao;</p><p>　　unsigned char v_mode,D;</p><p>　　sbit mode=P3^0;<

66、;/p><p>　　sbit add=P3^1;</p><p>　　sbit sub=P3^2;</p><p>　　sbit huang=P3^4;</p><p>　　sbit lv=P3^5;</p><p>　　sbit hong=P3^6;</p><p>　　void key();&l

67、t;/p><p>　　void delay(unsigned char ms) //延時(shí)部分</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int i;</p><p>　　while(ms--)</p><p>　　for(i=0;i<330;i++);

68、</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display(unsigned int s) //顯示部分</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char a,ge,shi,bai,qian;</p><p

69、><b>　　a=50;</b></p><p>　　qian=s/1000%10;</p><p>　　bai=s/100%10;</p><p>　　shi=s/10%10;</p><p><b>　　ge=s%10;</b></p><p>　　while(a-

70、-)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0=0xfe;</b></p><p>　　P2=led[ge];</p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　P0=0xfd;

71、</b></p><p>　　P2=led[shi]|0x80;</p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　P0=0xfb;</b></p><p>　　P2=led[bai];</p><p><b>　　de

72、lay(2);</b></p><p><b>　　P0=0xf7;</b></p><p>　　P2=led[qian];</p><p><b>　　delay(2);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>&l

73、t;b>　　}</b></p><p>　　unsigned int ADC()//AD轉(zhuǎn)換部分</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P1ASF=0X01; //設(shè)置AD轉(zhuǎn)換特殊功能寄存器P1.0打開</p><p&g

74、t;　　AUXR1=0X04; //設(shè)置數(shù)據(jù)輸出方式</p><p>　　ADC_CONTR=0XE0; //P1_0為模擬量輸入端，</p><p>　　delay(1); //是輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定<

75、/p><p>　　ADC_CONTR=0XE8; // 啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換</p><p>　　delay(2); </p><p>　　while((ADC_CONTR&0X10)==0) //等待轉(zhuǎn)換結(jié)束</p><p>　　ADC_CONTR

76、=0XE0; // 關(guān)閉ad轉(zhuǎn)換</p><p>　　return ((ADC_RES&0x03)*256+ADC_RESL); //返回轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　}</b></p><p>　　main()//主函數(shù)</p><

77、;p>　　{ //初始化</p><p>　　shengao=1650;</p><p><b>　　huang=1;</b></p><p><b>　　lv=1;</b></p><p><b>　　hong=1;</b></p>

78、<p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　key();</b></p><p>　　m_data=ADC(); </p><p>　　m_data=m_data*0.0488*30

79、;</p><p>　　if(v_mode==0)</p><p>　　display(m_data);</p><p>　　if(v_mode==1)//設(shè)置身高</p><p>　　display(shengao);</p><p>　　if(v_mode==2)//判斷女生<

80、/p><p>　　{display(m_data);</p><p>　　D=shengao-105;}</p><p>　　if(v_mode==3) //判斷男生</p><p>　　{display(m_data);</p><p>　　D=shengao-100;</p><p&

81、gt;<b>　　}</b></p><p>　　if(m_data<D*0.95)</p><p>　　{huang=0;lv=1;hong=1;}</p><p>　　else if(m_data<D*1.05)</p><p>　　{huang=1;lv=0;hong=1;}</p>&l

82、t;p><b>　　else</b></p><p>　　{huang=1;lv=1;hong=0;}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void key() //按鍵函數(shù)</p&g

83、t;<p><b>　　{</b></p><p>　　if((P3&0x0f)!=0x0f)</p><p>　　{ delay(1);</p><p>　　if(mode==0)</p><p>　　{v_mode++;</p><p>　　while(mode==0);

84、</p><p>　　if(v_mode==4)</p><p>　　v_mode=0; }</p><p>　　if(v_mode==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(add==0)</p><p>　　{shengao+=10;&l

85、t;/p><p>　　while(add==0); }</p><p>　　if(sub==0)</p><p>　　{shengao-=10;</p><p>　　while(sub==0);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}&

86、lt;/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的完成是在指導(dǎo)老師xx的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。在每次設(shè)計(jì)遇到問題時(shí)老師不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行。從設(shè)

87、計(jì)的選題到數(shù)據(jù)的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過程中，花費(fèi)了老師很多的寶貴時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中每當(dāng)遇到困難的時(shí)同學(xué)都會(huì)在百忙之中抽出時(shí)間專程為我悉心講解不懂的地方，是你們在我平時(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，幫我改進(jìn)設(shè)計(jì)中的欠缺點(diǎn)，在此也表示最衷心的感謝！同時(shí)也非常感謝學(xué)校為我們提供