后的数字信号经过控制器完成处理,驱动显示模块实现人和机器之间信息的交换。由于软件控制系统大部分功能,故本设计对软件部分要求相对较高。在其他功能上,设为了使其更人性化智能化我增加了一个过载报警提示功能以及一个电子日历功能。
第二章 系统硬件方案设计
2.1系统设计方案
在设计系统时,初步考虑具体以下三种基本方案: 方案1 仅采用数码管显示方案:
信号采集 模数转换 单片机 LED显示
图2-1-1 通过数码管显示
方案1中是最简单的一个把重量显示出来就行了。故设计时,硬件十分简单,需要编程程序的部分相对较少,根据测得信号的模数转换直接得到所测物体重量是多少就显示多少。缺点主要有两点:硬件简单,实际应用中,外围的输入以及输出之间的关系存在不确定性,很多参数要适宜选定。所以它只能是一个转换信号后的显示功能,看不到处理过程,只能存在于实验室中的理想模型,真正用于实践时可能造成很大的测量误差。同时系统硬件太死板,没有办法进行大容量,故不能用于本次设计。
方案2 对第一种最基本的理想思路再实际化,而且基于例如单价这些信息可以通过由外部的键盘输入,再在单片机中预先设定,从而计算显示物体价格。
结构简图如2-1-2图对应:
图2-1-2外部信息通过键盘输入
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信号采集 模数转换 单片机 LED显示 按键输入
此方案设计的电子秤,不但可以称重,而且能够计价。但是除了单价显示这样的功能外,数码管几乎不能实现其他什么要求。若要用于实际测量,往往必须接许许多多的数码管才能满足测重精度,进而也必需更多I/O口,显得麻烦。
方案3 前端信号处理时,对信号放大便于信号采集但是投入也会有一定增加;采用LCD显示器。这种更强的人机交互能力对清单、所称物品的信息等都能够准确显示,必要时,当需要显示其他信息时,我们可以把液晶显示切换到需要显示的功能上。
结构简图如下图 2-1-3 所示:
信号采集 放大电路 模数转换 单片机 LCD显示 按键输入
图 2-1-3 键盘输入并液晶显示
鉴于以上几种方案对比考量,同时考虑到设计系统时的能够实现用最低廉的成本达到设计目的的同时还要合理可行。最终认为在2-1-4所示方案是可行的,日历功能也在该方案中得到运用,使的应用更方便而不过于简单。
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信号采集 时钟芯片 放大电路 模数转换 单片机处理 LCD 显示时间 重量价格 按键输入
图2-1-4系统最终框图
2.2系统元器件参数
2.2.1单片机选型
主控芯片是设计的心脏,对它的要求固然也比较多:价格低廉的同时还要求具有速率高并且内存大的特点,本设计用AT89S52单片机。
AT89S52不仅性能高,同时电功率消耗比较小,它含有可以反复擦除、写入上万次的Flash存储器。AT89S52芯片兼容性良好:
图2-2-1 AT89S52的引脚
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2.2.2传感器选择
压电传感器由力生电的原理告诉我们它对动态量的感知更加敏感。压电器件的弱点:高内阻、小功率。功率小,输出的能量微弱,外接电路直接可能干扰到输出特性。
机械应变电阻应信号往往在实际应用中因为太小不被采用。所以利用测量电桥转换应变仪R / R是改变电压或电流的变化。
直流桥的特性是一个信号不受线的元素和分布电感和电容,能抗较强干扰能力,小机械应变输出信号,要求放大器的增益要高稳定性也要高。
下图2-2-2 电桥,E0接直流电源:
Rd Ra 输出 电压 Rc Rb 输入 电压 E0
图2-2-2 内部电路
输出端和无限大的电阻连接时,输出端看成开路。 不计内阻,电阻的分压作用:
uo?uBD?uAB?uAD
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?E(R1R4?)R1?R2R3?R4R1R3?R2R4E?= (a)
(R1?R2)(R3?R4)R1和R3的乘积与R2和R4乘积相等时,即
R1R2?R4R3 (b)
U0=0,即电桥平衡。式(b)称平衡条件。
由于电桥平衡,故输出电压只和电阻的大小变化有关。
当在差动状态下时,即R1=R-△R,R2=R+△R,R3=R-△R,R4=R+△R,通过(a),可以得到输出电压
?(R??R)2Euo??(R??R)?(R??R)??(R??R)?(R??R)??R??ER?k?E (c)
?(R??R)2? 应变片式相较其他的优点:
(1)广泛的测量范围,可制成其他机械传感器。 (2)精度和灵敏度都高。
(3)对试件影响小,可以工作在各种复杂环境下。 (4)使用方便。
综上比较确定了电阻应变传感器。要求称重范围 0 到 5000g ,全面的误差小于 5g 的数量,传感器的选择范围在本次设计中采用大于预先设定的 5000g ,这是想到实际测量时外来力的加入可能会对传感器轻则影响精度,重则使其毁坏,故多出额定部分用作预估保护。同时精度固定在0.01%,以达到精度指标。
2.2.3 显示部分 方案1 数码管显示
众所周知多个发光二极管组成起数码管发光。数码管部分的数量包含8个数码管,8个LED数码管LED发光二极管单元多,可以显示“.”;发光二极管单元连接到共阳极和共阴极数码管。总极的数字控制是指所有发光二极管阳极相当于分好一堆,这一堆统一通过由阳极数字控制。总公共非常积极的数字控制应采用 COM + 5 V ,当field-emitting二极管阴极较低,相应的光场。高的阴极场时,相应的字段是不明亮。共阴极LED应该应用于COM 再把它连接到地面接地,当field-emitting二极管阳极高,相应的光场。低场阳极时,相应的字段是暗的。数码管显示的信息一般不能太多,级联的方式虽然能显示更多信息,但同时不但增加成本,处理的不好,还会经常造成不能正确显示和闪烁现象。
方案2 LCD液晶显示
由点阵字符型 LCD 液晶显示的方式,该模块能够显示的类型多种多样,五花八门而且耗电很低、空间占用少、,多为单片机设计采用。但是其价格相对也比较高昂。
LCD1602工作电压为 5V,可以显示2行 16 个字符,在视觉上,背光效果和对
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