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基于51单片机AT89C52和AD574 A/D转换器+SP20C-G501电阻应变式传感器的简易电子秤的设计方案

来源:
2021-12-24
类别:工业控制
eye 141
文章创建人 拍明

  本文根据当前电子秤的应用情况,分析采用单片机和AD574设计一款简易电子秤装置,在分析测量原理的基础上,选择了比较简单的51系列单片机作为主控制系统,根据测量要求设计了传感器电路、AD转换电路、超量程报警电路、显示电路、按键电路等,根据硬件电路,完成了相应的软件设计。

  1、测量原理

  电子秤一般由三部分组成,称重传感器、承重系统、传力复位系统。在这个基础上,分成了其他的硬件电路子单元,如单片机最小系统电路、传感器电路、AD转换电路、超量程报警电路、显示电路、按键电路、存储电路等。其测量原理是:将物体放置在承重系统的秤台上时,其重量参数会通过传感器,产生压力-电效应,转换为与其重量相对应的电信号,然后通过放大电路将电信号放大并经过AD处理,最后将信号输入给单片机处理,经单片机处理后,将输入信息显示在LCD上。测量的精度一般由称重传感器决定。

  2、硬件电路设计

  2.1、总体设计框图

  根据其测量原理,设计整体硬件框图如图1所示。主要包含力传感器电路模块、放大电路模块、AD转换模块、LCD显示器模块、阈值报警模块、单片机控制系统模块。

  

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  图1硬件原理框图

  2.2、传感器电路设计

  设计采用SP20C-G501电阻应变式传感器,称重传感器由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成,具有过载保护装置。过程设计中采用惠斯登电桥进行电压采集转换,它能抑制温度变化的影响,抑制干扰能力强,补偿方便简单,因此选用的传感器精度高、零漂小、工作稳定等。传感器原理图如图2所示:

  

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  图2传感器工作原理图

  其工作原理:用应变片测量时,将其粘贴在弹性体上。当弹性体受力变形时,应变片的敏感栅也随之变形,其阻值发生相应的变化,通过转换电路转换为电压或电流的变化。由于内部线路采用惠更斯电桥,当弹性体承受载荷产生变形时,输出信号电压可由下式(1)给出:

  

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  2.3、AD转换电路设计

  AD574是美国AnalogDevice公司生产的12位单片A/D转换器。它采用逐次逼近型的A/D转换器,最大转换时间为25us,转换精度为0.05%,所以适合于高精度的快速转换采样系统。芯片内部包含微处理器借口逻辑(有三态输出缓冲器),故可直接与各种类型的8位或者16位的微处理器连接,而无需附加逻辑接口电路,切能与CMOS及TTL电路兼容。AD574采用28脚双列直插标准封装。

  

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  图3 AD574芯片及与AT89s52的接线图

  2.4、LCD显示电路设计

  显示电路采用LCD显示。其驱动方式包括静态驱动、动态驱动。本设计采用动态驱动的方式,电路原理图如图4所示。

  

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  图4 单片机与LCD接线图

  2.5、报警电路设计

  报警电路采用有源蜂鸣器设计,只要通电流即可发声进行报警,在其两端并联一个反向的二极管,防止误报警。

  

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  图5 报警电路原理图

  3、程序设计

  

基于<a target=51单片机和AD574的简易电子秤的设计" src="https://supp.iczoom.com/images/public/202112/1640326766625014188.png" width="500" height="784"/>


  根据硬件原理分析和设计,软件同样分为几个部分:传感器信号采集部分、AD转换部分、显示部分和报警部分,其中数据处理部分最为重要,处理过程同样比较复杂。必须利用单片机的中断系统结构,如图6所示。其主要部分程序代码如下:

  

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  4、结论

  本论文通过对电子秤的称重原理进行分析,在此基础上介绍了硬件设计和软件设计,最后完成了本简易电子秤装置的设计,采用高精度AD转换芯片AD574和实时处理的MCUAT89C52单片机进行处理,精度高,操作简单,可推广性强。


责任编辑:David

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