基于AT89C51單片機(jī)的電子計(jì)價(jià)秤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，衡器技術(shù)也在不斷進(jìn)步和提高。從世界水平看，衡器技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)階段，從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械秤到用電子線路代替部分機(jī)械元器件的機(jī)電結(jié)合秤，再?gòu)募呻娐肥降侥壳暗?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單片機(jī)">單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤。

2、電子計(jì)價(jià)秤實(shí)現(xiàn)的基本功能

本次設(shè)計(jì)的電子計(jì)價(jià)秤最大稱重6kg，精確并顯示到0.1g，適用于商業(yè)零售小重量稱重部門，亦可以作為電子天平測(cè)微重量使用。它能夠快速準(zhǔn)確地時(shí)時(shí)地顯示單重、單價(jià)，并自動(dòng)計(jì)算總價(jià)（總價(jià)=單價(jià)×單重），并帶有費(fèi)用累計(jì)功能，最多累計(jì)次數(shù)50次。該電子計(jì)價(jià)秤帶有16位液晶顯示和14個(gè)按鍵功能，并附帶越限（超出6kg）報(bào)警電路和看門狗自動(dòng)復(fù)位電路。

3、電子計(jì)價(jià)秤的硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3．1應(yīng)變片式傳感器及其測(cè)量放大電路

導(dǎo)體或半導(dǎo)體在外界作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，其阻值將發(fā)生相應(yīng)的變化，這種現(xiàn)象稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。根據(jù)應(yīng)變效應(yīng)將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)材料上，使其在受到外界應(yīng)力作用時(shí)，引起應(yīng)變片的變形，并使其阻值發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量雙差動(dòng)全橋電路將應(yīng)變片阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓的輸出，就可確定被測(cè)材料機(jī)械量的變化。

我們根據(jù)傳感器理論可知,設(shè)一長(zhǎng)為L(zhǎng)、截面積為S、電阻率為ρ的電阻絲，已知其阻值為R=ρ 當(dāng)電阻絲L方向兩端有機(jī)械應(yīng)力F時(shí)，ρ,l,s都會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電阻發(fā)生變化,其金屬絲的應(yīng)變靈敏系數(shù)K為K= =1+2μ+c(1-2μ) 比例系數(shù)μ稱為泊松比，c為金屬晶格結(jié)構(gòu)的比例系數(shù)，一般在-12(鎳)～+6(鉑)范圍。在彈性形變范圍內(nèi)，K決定于泊松比μ和比例系數(shù)c；在塑性形變范圍內(nèi)，因μ=0.5，所以K=2。

在電子計(jì)價(jià)秤的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)變式傳感器包括兩個(gè)主要部分，一個(gè)是彈性敏感元件亦稱彈性體，利用它把被測(cè)物理量重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值。我們采用鋁合金作為彈性體的材值。另一個(gè)是應(yīng)變片，由于金屬材料的應(yīng)變片的穩(wěn)度穩(wěn)定性好，在很大范圍內(nèi)保持常數(shù)，所以一般采用金屬電阻應(yīng)變片。并且電子計(jì)價(jià)秤在秤臺(tái)結(jié)構(gòu)上一個(gè)顯著的特點(diǎn)是一個(gè)相當(dāng)大的秤臺(tái)只在中間裝置一塊專門設(shè)計(jì)的傳感器組來(lái)感應(yīng)物料重量。當(dāng)秤臺(tái)上放置物料時(shí)，應(yīng)變片產(chǎn)生電阻應(yīng)變△R（應(yīng)變片受拉時(shí)為R+△R，應(yīng)變片受壓時(shí)為R-△R），為了顯示和記錄，通常將應(yīng)變片組成雙差動(dòng)全橋電路.雙差動(dòng)全橋電路具有較高的靈敏度，良好的線性關(guān)系和適應(yīng)溫度變化的補(bǔ)償能力。如圖3.1所示即采用兩片受壓，兩 片受拉的四片應(yīng)變片，且使相同受力狀態(tài)的兩應(yīng)變片接入電橋的相對(duì)臂上。設(shè)R1=R2=R3=R4，且△R1=△R2=△R3=△R4，則此時(shí)輸出電壓為U=US•△R1/R1。電橋的電壓靈敏度S= = US 可見(jiàn)，全橋雙差動(dòng)電路的電壓靈敏度為US。同時(shí)完全線性。在全橋電路后面加了一級(jí)由AD521測(cè)量放大器單芯片集成電路。放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)范圍為0.1-1000,，并且具有高精度，高速度，高共模抑制比，防止低噪聲漂移等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)全橋雙差動(dòng)和放大電路處理后，我們得到U=kW的線性比例關(guān)系，K=1v/kg，即1g輸出為1mv，1kg輸出為 1v，滿量移6v。

3.2信號(hào)預(yù)處理電路：

信號(hào)預(yù)處理電路的系統(tǒng)框圖如圖3.2,說(shuō)明如下：LM331芯片組成的v/f變換電路具有價(jià)格低，精度高，編程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

在電子計(jì)價(jià)秤設(shè)計(jì)中可作為 A/D轉(zhuǎn)換電路（由于較多文章及書(shū)籍介紹此電路，在此不多介紹。其突出的特點(diǎn)是把模擬電壓轉(zhuǎn)換成抗干擾能力強(qiáng)的脈沖串。Ｖ／Ｆ轉(zhuǎn)換過(guò)程是對(duì)輸入信號(hào)的不斷積分，它需要被測(cè)信號(hào)提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電流，因干擾信號(hào)不能提供電流而被濾掉。另外，Ｖ／Ｆ變換與計(jì)算機(jī)接口很容易采用光耦隔離。信號(hào)頻率輸出范圍為 1Hz→10KHz，最大非線性誤差為 0.01%,由于在軟件中，單片機(jī) AT89C51一秒鐘采樣脈沖信號(hào)，由于采樣信號(hào)范圍較寬（1Hz→6KHz），為了提高低頻區(qū)的測(cè)量準(zhǔn)確度，我們決定采用10倍倍頻電路擴(kuò)頻10倍，其中10倍倍頻電路由鎖相環(huán)芯片CC4046和一個(gè)10分頻器CC4518芯片組成。為了減少通道及電源的干擾，在其中加了整形和光耦隔離（由4N28組成）電路，至此經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路我們得到了 F=10W關(guān)系的脈沖串送入AT89C51的T0定時(shí)/計(jì)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。比例關(guān)系為（1g→1mv→10Hz），滿量程（6kg→6v→60kHz）。

3．3、AT89C51液晶驅(qū)動(dòng)芯片7211AM及 16位LCD液晶顯示

在電子計(jì)價(jià)秤中正常顯示情況下，須時(shí)時(shí)顯示單價(jià)、單重、總價(jià)，例：6.7元/千克*4.1259千克=27.6 元，此時(shí)單價(jià)顯示6.7元/千克.單重顯示4.1259千克、總價(jià)顯示27.6 元 ，在累計(jì)費(fèi)用情況下，須顯示ADD標(biāo)志累計(jì)字符、費(fèi)用總價(jià)、費(fèi)用累計(jì)次數(shù)。例：累計(jì)到第四次，總金額為701.9元. 此時(shí)單價(jià)顯示4表示第四次累計(jì).單重顯示ADD累計(jì)符、總價(jià)顯示701.9元。

本次設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)16位液晶LCD靜態(tài)顯示方式，(液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄,無(wú)閃爍等許多其它顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn))驅(qū)動(dòng)芯片為4片INTERSIL公司的ICM7211AM芯片，占用AT89C51單片機(jī)的P0口和P2口的部分I/O。如圖3.3原理圖所示。四片ICM7211AM的BP連在一起，

接到LCD的背極BP，一片7211AM芯片的OSC端接16kHz的晶振信號(hào)，以產(chǎn)生125Hz的BP信號(hào)，其余芯片的OSC端接地。各片的段輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)接到LCD各位的7個(gè)段。各片CS(—)1端作為本芯片的片選端對(duì)應(yīng)P2.4-P2.7數(shù)據(jù)線，CS(—)2作為寫有效信號(hào)端，連到AT89C51的WR(—)上。各片的數(shù)據(jù)輸入B0-B3和位選輸入DS1和DS2 分別連到數(shù)據(jù)總線P0口。編程也較簡(jiǎn)單，

只要向口地址中寫入二位位選碼和4位BCD碼，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)位的顯示 。