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基于单片机的电子秤设计
青锋断尘
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发表于Tue Dec 25 22:15:21 CST 2018   |  只看该作者 1# 电梯直达

整体方案设计

测量技术涵盖温度,压力,流量物位,机械量的测量。其中,各领域的测量手段多种多样,原理也不尽相同。本次设计考虑到器件的完备性,方案实施的难易度,知识的利用性,时间的应予性,因此选做利用应变式电阻制作基于单片机的电子秤。

称重技术自古以来就被人们所重视,作为一种计量手段,广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域,与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种。电子秤是称重技术中的一种新型仪表,广泛应用于各种场合。电子秤与机械秤比有体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点,可在各种环境工作,重量信号可远传,易于实现重量显示数字化,易于与计算机联网,实现生产过程自动化,提高劳动生产率。通过电子秤的制作,能让我了解压力测量的相关知识,了解目前测量压力的相关技术,了解电子秤的工作原理。

电子称重的实现首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小,需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中,再经过单片机控制OLED显示器,从而显示出被测物体的重量。经过人为的输入单价,单片机将反馈金额,减轻人们计算的负担。

按照设计的基本要求,系统可分为三大模块,数据采集模块、控制器模块、人机交OLED界面模块、数据输入模块。其中数据采集模块由压力传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。转换后的数字信号送给控制器处理,由控制器完成对该数字量的处理,驱动显示模块完成人机间的信息交换。对于数据输入模块,为了使硬件制作得简洁,抛弃了传统的按键输入,改用编写手机APP结合蓝牙模块进行数据透传。进过一系列的改造,本设计的硬件制作得难度降低,软件设计增加了一定的难度。但是,却能更好的完成人机间的信息交换。

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                                                            图一:实物图

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1.传感器的选择

传感器选用应变片式传感器。本身自带桥式电路,输出为电压的形式,减少了桥式电路的设计,利于加快本次设计的速度。

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图一:应变片式传感器实物图

电阻应变片把机械应变信号转换为R/R后,由于应变量及相应电阻变化一般都很微小,难以直接精确测量,且不便处理。因此,要采用转换电路把应变片的R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。

直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响,抗干扰能力强,但因机械应变的输出信号小,要求用高增益和高稳定性的放大器放大。

 

图二:传感器内部连接图

应变片式传感器有如下特点:

1)应用和测量范围广,应变片可制成各种机械量传感器。

2)分辨力和灵敏度高,精度较高。

3)结构轻小,对试件影响小, 对复杂环境适应性强,可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用,频率响应好。

4)商品化,使用方便,便于实现远距离、自动化测量。

2.AD芯片的选择

由于应变片式传感器的输出为电压的形式,但是电压值为mv级别。利用普通的AD转换器无法转换为数字信号。于是选用专用芯片HX711.

HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比,该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本,提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单,所有控制信号由管脚驱动,无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A 或通道B,与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A 的可编程增益为128 64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV±40mV。通道B 则为固定的64 增益,用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D 转换器提供电源,系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。

                                                                                                                           


图三:HX711引脚结构

    HX711典型应用电路如图所示:

                                                               

图四: HX711典型应用电路

 

3. 单片机的选择

       鉴于本次设计只需要进行AD转换,金额计算,数据显示,串口接发数据。于是选用8位的STC89C52单片机完成本次设计的控制。

ST89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写10000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构[1],芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的ST89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。ST89C52芯片具有以下特性[2]

①指令集和芯片引脚与Intel公司的8051兼容;

8KB片内在系统可编程Flash程序存储器;

③时钟频率为033MHz

128字节片内随机读写存储器(RAM);

32个可编程输入/输出引脚;

216位定时/计数器;

6个中断源,2级优先级;

⑧全双工串行通信接口;

⑨监视定时器;

2个数据指针。

ST89C52单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚,2个外接晶振的引脚,4个控制或与其它电源复用的引脚,以及32条输入输出I/O引脚。

4. 蓝牙选择

考虑到本次设计没有键盘来键入单价数据,于是,选择编写简单的APP充当键盘。这就设计单片机和手机的通信问题。考虑到通信方式和通信协议的简单,采用HC-05蓝牙模块进行数据透传。

  

图五:HC-05实物图和引脚对于图

HC-05蓝牙模块的特点

 1 采用CSR主流蓝牙芯片,蓝牙V2.0协议标准;

2 输入电压:3.6V--6V,禁止超过7V

3 波特率为1200240048009600192003840057600115200 用户可设置;

4 带连接状态指示灯,LED快闪表示没有蓝牙连接;LED慢闪表示进入 AT命令模式;

5 板载3.3V稳压芯片,输入电压直流3.6V-6V;未配对时,电流约 30mA(LED灯闪烁,电流处于变化状态);配对成功后,电流大约10mA

6 用于GPS导航系统,水电煤气抄表系统,工业现场采控系统;

7 可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器等设备进行无缝连接。

 8 HC-05 嵌入式蓝牙串口通讯模块(以下简称模块)具有两种工作模 式:命令响应工作模式和自动连接工作模式。



上位机APP的编写

1.软件APP Inventor的介绍

App Inventor 原是Googles实验室(Google Lab)的一个子计划,由一群Google工程师和勇于挑战的Google使用者共同参与设计完成。Google App Inventor是一个完全在线开发的Android编程环境,抛弃复杂的程式代码而使用积木式的堆叠法来完成您的Android程式。除此之外它也正式支持乐高NXT机器人,对于Android初学者或是机器人开发者来说是一大福音。因为对于想要用手机控制机器人的使用者而言,他们不大需要太华丽的界 面,只要使用基本元件例如按钮、文字输入输出即可。

App Inventor 201211日移交给麻省理工学院行动学习中心,并已于34日公布使用。

开发一个App Inventor 程式就从浏览器开始,首先要设计程序的外观。接着是设定程序的行为,这部分就像玩乐高积木一样简单有趣。最后只要将手机与电脑联接,刚出炉的程序就会出现在手机上了。

APP Inventor不需要专门的编程语言,开发一个蓝牙上位机的周期短,制作简单,是本次设计的首选。

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 图六:登录界面


2 程序设计

使用APP inventor的第一步为界面编写,第二步为逻辑编写

 

图七:设计流程图

 

图八:蓝牙APP的界面设计




 

图九:逻辑设计


                                                                                                                         

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Hi枯3
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发表于Thu Dec 27 08:35:48 CST 2018   |  只看该作者 2#
APP inventor无法访问啊。请给个能用的网址,3Q!
爱生活爱枯3
青锋断尘
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发表于Sat Dec 29 16:44:48 CST 2018   |  只看该作者 3#
Hi枯3 发表于 Thu Dec 27 08:35:48 CST 2018  2# APP inventor无法访问啊。请给个能用的网址,3Q!

http://app.gzjkw.net/login/

进入后注册账号就能使用了

火火火火
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发表于Sat Dec 29 16:54:24 CST 2018   |  只看该作者 4#
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青锋断尘
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发表于Sat Jan 05 23:18:50 CST 2019   |  只看该作者 5#
火火火火 发表于 Sat Dec 29 16:54:24 CST 2018  4# 怎么转贴
这。。。。。。
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