1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1．引言

（1）课题背景及意义

称重技术在日常生活以及贸易往来中具有重要的作用及意义。无论是在农业，工业，交通，贸易等领域，称重技术都被广泛的运用，与人民生活紧紧相连。从古至今，称重技术也在不断的发展中。从古代的曹冲称象，到现今各种各样的称重工具，称重技术的测量对象从静态到动态发展，结果显示从模拟显示到数字显示发展，测量内容从单一的重量到各项参数综合测量发展，总体发展趋势是轻便化，多功能高度集成化，人性化以及智能化。新型称重计具有速度快，精度高，量程大的特点。

（2）设计前期构思

考虑到现实社会中品种繁多的体重计，大致区别在于称重显示模块，量程，精确度以及操作难易程度上。本设计调查，比较了多种设计思路后，采取了一个基于单片机的简单易行的设计方案。该系统集称重与液晶显示于一体，以单片机STC89C52为主控芯片，相比于传统指针显示体重计有操作简单，显示直观的优点。

2.设计方案

设计内容：设计一个基于单片机的体重计的设计

设计框图：

原理图思路：

当被称物体被放到称台上时，它的重力通过称台传给称台下方的压力传感器，通过压力传感器的电阻变化，实现力到电的转换效应。通过一定的函数关系（正比），物体的重量被转换成电信号并送入放大电路，此电信号在经过放大电路放大，滤波后再进行A/D数模转换，转换后的数字信号送入单片机进行处理，处理的结果又液晶显示屏显示。

设计主要指标：

(1) 称重范围：100kg

(2) 模拟信号的放大倍数：500

(3) 传感器综合误差：0.2%

(4) 测量精度：10kg/mv

3.方案实现遇到的主要问题以及解决方案：

（1）传感器的选择

传感器总体有应变式压力传感器，电感式传感器及电容式传感器。应变式传感器的优点是精度高，寿命长，工作环境适应程度高，符合集成化的要求。缺点是输出信号较弱。电感式传感器的优点是灵敏度好，精度高，性能稳定，缺点是不能适应动态测量要求。电容式传感器的优点是成本小，灵敏度高，适应环境多等，缺点是连接电路比较复杂等。

在选择传感器时，须根据性能参数：称重量程、损坏压力、最大压力范围、温度范围、额定压力范围、以及传感器的优缺点来选取适合本设计的传感器，特别要注意量程、最大压力范围、损坏压力由此选择传感器。综上考虑，本设计采用电阻式压力传感器。

（2）电阻式压力传感器的工作原理

利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。如图2所示：当电阻桥的电阻发生变化时，电阻两端的电压发生变化。

图2称重传感器电路原理图

输出电压计算公式：

（1）

当,时，输出电压：

（2）

本设计中，选用两个量程50kg的两个半桥称重传感器组成量程是100kg的全桥电路。使用方法和50千克的半桥称重传感器相同，只是增大了一倍量程。

50kg半桥式称重传感器技术参数如表1所示：

表1 50kg半桥式称重传感器技术参数表

量程(kg)	50
综合误差(%F.S)	0.2	额定输出温度飘移(%F.S/10℃)	≤0.15
灵敏度(mv/v)	0.9#177;0.1	零点输出(mV/V)	#177;0.3
非线性(%F.S)	0.2	输入电阻(Ω )	1000#177;50

续表1 50kg半桥式称重传感器技术参数表

重复性(%F.S)	0.1	输出电阻(Ω )	1000#177;50
滞后(%F.S)	0.2	绝缘电阻(MΩ)	≥2000(100VDC)
蠕变(%F.S/3min)	0.1	推荐激励电压(V)	5～10
零点漂移(%F.S/1min)	0.1	工作温度范围 (℃)	-10～ 50
零点温度漂移(%F.S/10℃)	0.2	过载能力(%F.S)	150

（3）信号采集，滤波，放大电路

传感器输出的电信号是很小的,不能达到后续的A/D转换的大小要求,必须对它进行放大。称重传感器输出电压振幅范围0～10mV，而单片机输入电压要求在0～5V,为了单片机能够正常的采集信号并进行处理，本设计确定放大倍数为500。

这一部分的电路采用芯片ADS1232，ADS1232是一款高度集成的delta-sigma数模转换器，用于低电平并且需要高精度的测量。此芯片由一个低噪音，低漂移的仪表放大器和一个连接在单片集成数字滤波器上的高阶限幅自稳调制器组成。可选择性增益可设置为1,2,64,128， 5V，允许满刻度差动输入范围从 /-2.5V到 /-19.5mV。

（4）显示部分

1. 这一部分的电路采用芯片LCD1602，1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔 每行之间也有也有间隔 起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此 所以他不能显示图形

2.1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

3.目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

显示原理：

HD44780内置了DDRAM（显示数据存储RAM）、CGROM（字符存储ROM）和CGRAM（用户自定义RAM）。
DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如下表：

也就是说想要在LCD1602屏幕的第一行第一列显示一个”A”字,就要向DDRAM的00H地址写入”A”的代码就行了。但具体的写入是要按LCD模块的指令格式来进行的，一行有40个地址，在1602中我们就用前16个就行了。第二行也一样用前16个地址。对应如下：
DDRAM地址与显示位置的对应关系 ：

结论：

本设计中，在信号采集部分主要采用两个量程为50KG的半桥电路组成一个量程为100KG的全桥电路，输出信号送入放大电路。主要采用ADS1232进行放大，滤波以及AD转换。选用单片机STC89C52为主控芯片，将转换后的数字信号处理后显示结果。

同时在实际操作中，还需要为体重计设计焊接一个支架，已方便实际操作。

参考文献

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[11]曹志刚、钱亚生等，现代通信原理，北京：清华大学出版社,2007.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1

1.惠斯通电桥的工作原理

2.掌握压力传感器的工作原理

3.传感器的选择