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新型单片机称重系统设计

  摘要:该文提出了一种基于AT89S52单片机控制的新型便携式电子称重系统。该系统具有体积小、重量轻、精度高、语音报出测量数据等优点。
  关键词:单片机;AD转换;语音报出
  中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)20-5005-02
  New Single Chip Weighing System Design
  LIU Dan, ZHU Mu-cheng
  (College of Manu. Sci.& Eng., Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China)
  Abstract: In this paper ,a new kind of convenient carried electronic scales system is introduced .It is based on the Single Chip Microcomputer GMS97C51. The system has advantages of physical volume small, weight light and accuracy high and speech to report a diagraph data etc.
  Key words: single chip microcomputer; AD transform; speech quoted
  电子称重技术是集电子、材料、机械、信息为一体的综合技术,随着近年来计算计技术和微电子技术等相关技术的迅速发展,国际上称重技术的发展趋势是实现快速称量,提高称重系统的灵敏度和测量精度,提高动态稳定性,要求称重系统自动化、多功能化、在线化。特别是计算机网络的出现,电子称重仪器更是向着小型化、网络化的方向发展。
  使用称重传感器,AD模数转换器和单片机系统对了物体重量高精度的测量的,实现了自动化,降低了生产成本,具有广阔的应用空间。其工作原理就是利用称重传感器,把加到秤盘上的物体重量转换成与该重量成比例的电信号,并将输出的电信号经A/D转换后由相关电路显示出称重信息。
  1 系统硬件组成
  本系统是针对AT89S52单片机所具有对信息强大的控制力以及对数据的强大的处理能力,通过中国航天空气动力技术研究院研发的AK-3A小量程称重传感器和24位分辨率AD7787模数转换器实现了称重系统的高精度。硬件系统包括单片机系统,称重传感器,A/D转换电路,通信接口和语音提示模块,LCD显示 ,打印机,键盘组成。系统如图1所示。
  1.1 单片机系统
  AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。AT89S52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O 口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。LCD模块采用RT12864M液晶显示屏。自带有汉字字库,可以很方便的显示汉字和图形。内置8192中文汉字(16 ×16点阵)、128个字符(8×16点阵)及64×256点阵显示RAM (GDRAM)。显示内容不需要刷新,可以一次显示系统所有状态信息,节省了MSU资源。电路结构简单,易于控制,消耗功率低。通过键盘可以实时控制系统的工作状态及功能。扬声器用于发出语音提示和超重报警。将微型打印机挂到总线上, 再用地址线产生另一个不同的片选信号, 就可将被测质量打印出来。
  1.2 称重传感器
  选用中国航天空气动力技术研究院研发的AK-3A小量程称重传感器。具有精度高,性能稳定可靠,安装使用方便等特性。称重范围为20KG。传感器实物如图2所示。弹性体为三片梁、复合悬臂梁结构,结构小巧,用于拉伸力和压缩力测量。
  称重传感器实际是一种高灵敏度电桥,通过称重桥与称重杆相连接,当物体使称重压力传感器应变片发生变化时,通过惠斯登电桥产生不平衡电压,电压即为称重信号。称重信号在通过A/D转换为数字信号就可以输入到单片机。
  1.3 A/D 转换电路
  AD7787是24位Σ-Δ模数转换器。是ADI公司生产的。具有低功耗、低噪声、双通道等特点。用户不需要提供时钟源,它利用片内时钟电路进行工作。AD7787的数据输出速率可由软件设置,这一特性使其转换速率可在9.5Hz~120Hz之间变化。该芯片采用10脚MSOP封装,非常适合用需要高分辨率、低功耗的便携式仪器、温度测量、传感器测量、称重仪等。
  1.4 通信接口
  将单片机采集的重量数据传输到上位机,利用单片机的RXD,TXD接口连接到RS232串行口接收或发送数据和指令,但是单片机的TTL电平和RS232不兼容,因此使用了MAX232进行电平转换,其连接线图如图3所示。
  1.5 语音报出模块
  ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路,具有20秒高保真语音录功能。ISD1420由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。录音内容存入永久存储单元,提供零功率信息存储。
  2 系统软件
  本称重系统下位机的软件由Keil C 51 程序编写。C语言的编写可以很大程度提高开发效率。主要包括系统主程序、重量读取子程序、键盘扫描和LCD显示子程序、打印输出子程序、语言报出子程序、串口的发送和接收等模块组成。系统流程图如图4显示。
  称重传感器读取重量程序开始,输出信号经过A/D转换器变成单片机可以识别的数字信号,并且在单片机内部存储读取。通过串口发送和接收的子程序,实现了系统上位机和下位机之间的通信。单片机读取外界温度和湿度输送给上位机,检验是否符合运行环境。收到符合命令继续进行测量。接收子程序通过接收上位机传输的命令自动进行系统自检和参数修正等。每间隔10ms上位机发送一次指令,直到单片机发送返回指令。超时设置1s,如在1s单片机未有响动,系统单片机进行复位。
  3 结束语
  本文新型便携式电子称重系统具有体积小、重量轻、精度高、可自动语音报出称重数据等优点。充分利用了AT89C52单片机对信息的控制能力和计算机的数据处理能力,通过AK-3A称重传感器接收重量信号和具有24位Σ-Δ分辨率的AD7787进行模数转换对物体的重量测量实现了高精度。该称重系统在实际使用中取得了很好的效果。
  参考文献:
  [1] 王艳春,何鹏,李会.智能电子称重系统的设计[J].单片机接口技术,2007(11):111-112.
  [2] 郭怀天,李宝华,赵玉侠,等.基于电阻应变式传感器的电子天平的研制[J].传感器与仪器仪表,2007(16):140-142.
  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文


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