本設(shè)計(jì)是采用AVR單片機(jī)作為微控制器，結(jié)合壓力傳感器、AD7705、LCD1602實(shí)現(xiàn)的一種高精度多功能數(shù)字電子秤。文章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件電路組成以及軟件的開(kāi)發(fā)流程。本設(shè)計(jì)具有體積小、成本低、精確度高、可 靠性卨等特點(diǎn)。

0.引言

隨著電子技術(shù)和自動(dòng)化測(cè)暈技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng) 的稱(chēng)重系統(tǒng)在功能、精度、性?xún)r(jià)比等方面己難以滿(mǎn)足人們 的耑要，尤其在智能化、便攜式、對(duì)微小質(zhì)量的測(cè)量方面 更顯得力不從心。近年來(lái)，新型單片機(jī)的出現(xiàn)和集成電路 技術(shù)的發(fā)展為更新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，研制高性?xún)r(jià)比的稱(chēng)重控制 器提供了條件。本設(shè)計(jì)采用AVR單片機(jī)為控制核心，結(jié)合 電阻應(yīng)變式壓力傳感器和相應(yīng)的信號(hào)采集電路，設(shè)計(jì)出 一種高精度、多功能、低成本的新型電子秤。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

首先由稱(chēng)重傳感器采集因壓力變化而產(chǎn)生的電壓 信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，把 數(shù)字信號(hào)送入AVR單片機(jī)，單片機(jī)做相應(yīng)的處理后，得 到當(dāng)前物體軍景的數(shù)據(jù)，并通過(guò)LCD顯示出來(lái)。系統(tǒng)硬 件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)硬件電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、4X4矩陣鍵盤(pán) 模塊、LCD模塊和蜂鳴器報(bào)警模塊；軟件模塊又可分為 主程序模塊、矩陣鍵盤(pán)掃描模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和 LCD1602模塊。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 AVR單片機(jī)

本設(shè)計(jì)是選用AVR系列單片機(jī)中的ATmegal6作為微 控制器。ATmegal6是基于增強(qiáng)型AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功 耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集和單時(shí)鐘周 期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmegal6L的數(shù)據(jù)吞吐量高達(dá)1MIPS/ MHz,在片內(nèi)集成了 16kB的可編程FLASH, 512B的 E2PROM，lkB的片內(nèi)SDRAM。在外設(shè)方面，具有兩個(gè) 可編程的串行UART, 8路10位ADC,四通道PWM，并支 持SPI、TWI、JTAG接口，允許ATmegal6L和其他外設(shè)進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸。

2. 2稱(chēng)重傳感器

電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器是把電阻應(yīng)變計(jì)粘貼在彈性 敏感元件上，然后以適當(dāng)方式組成電橋的一種將力(重量） 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。在電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器中通 過(guò)橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變式 稱(chēng)重傳感器工作原理如圖2所示。

本設(shè)計(jì)選用SB-B型懸臂式稱(chēng)重傳感器，額定量程5kg,靈敏度3mv/V，非線性誤差0.03% F.S, 重復(fù)性誤差0.02% F.S,蠕變(30分鐘)0.03% F.S，零點(diǎn)溫 度漂移0.03% F.S./KTC,溫度補(bǔ)償范圍一 10?60°C。該系 列傳感器采用懸臂單剪切結(jié)構(gòu)，過(guò)載能力強(qiáng)，受力后自 動(dòng)調(diào)心好，具有精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、抗疲勞、抗偏 載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

2. 3高精度A7D轉(zhuǎn)換

稱(chēng)重傳感器輸出的是mV級(jí)的電壓信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用 AD7705對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集。AD7705是AD公司推出的一種 基于E-A轉(zhuǎn)換技術(shù)的16位A/D轉(zhuǎn)換芯片，它具有高分辨 率、寬動(dòng)態(tài)范圍、自校準(zhǔn)、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電 壓、低功耗等特點(diǎn)，適合于稱(chēng)重系統(tǒng)中微機(jī)信號(hào)處理的 需求。其具有可編程增益放大器，增益范圍1?128，可 與壓力傳感器寅接相連，使用同步串行SPI接口，可以與 AVR單片機(jī)的硬件SPI接口直接相連，其電路連接圖如圖 3所示。

當(dāng)傳感器加上滿(mǎn)量程重量5kg時(shí)，傳感器在5V的工 作電壓下取得15mV的輸出電壓。5V工作電壓經(jīng)分壓后 為AD7705提供基準(zhǔn)電壓，因此工作電壓的變化不會(huì)產(chǎn)生 系統(tǒng)誤差。分壓電阻為24kQ和15kQ,產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓 為1.92V。當(dāng)器件的可編程增益為128時(shí)，對(duì)應(yīng)的滿(mǎn)量程輸入電壓即為15mV。

2.4人機(jī)通訊

人機(jī)通訊包括鍵盤(pán)掃描、LCD、蜂鳴器報(bào)瞥三個(gè)部 分，鍵盤(pán)采用4X4矩陣掃描鍵盤(pán)，接在單片機(jī)的PC口； 顯示部分釆用的是LCD1602液晶，能夠同時(shí)顯示16X2 即32個(gè)字符。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器 (CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，編程 時(shí)可以用ASCII碼直接賦值，還可以用字符型常量或變量 賦值；蜂鳴器的作用是當(dāng)稱(chēng)重物品超出傳感器的量程時(shí)，以鳴響報(bào)警提示用戶(hù)。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為WinAVR，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C語(yǔ)言。 為了方便程序調(diào)試和提高可靠性，程序設(shè)計(jì)采用自上而 下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法。本設(shè)計(jì)按任務(wù)模 塊劃分的程序主要有初始化程序、主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程 序、LCD顯示子程序、鍵盤(pán)掃描子程序。

系統(tǒng)工作時(shí)分為初始界面模式和稱(chēng)重模式，可設(shè)一 標(biāo)志位進(jìn)行更改以及判斷。在初始界面中，液晶屏第一 行顯示"Place object! ",提示用戶(hù)可以在電子# h放置想 要稱(chēng)重的物品；第二行顯示"Price: ”，提示用戶(hù)輸入物品 的單價(jià)。

隨。后系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤(pán)掃描狀態(tài)，當(dāng)相應(yīng)的稱(chēng)重按鍵被 按下時(shí)，單片機(jī)控制AD7705進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，把得到的結(jié) 果進(jìn)行處理后通過(guò)LCD顯示出來(lái)。顯示包括物品的重量 和總價(jià)，稱(chēng)重精度為lg?以此不斷地循環(huán)完成對(duì)物品的 實(shí)時(shí)測(cè)量。主程序流程圖如圖5所示。

4.結(jié)束語(yǔ)

文章提出了一種基于ATmegal6單片機(jī)的數(shù)字電子秤 的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了AVR單片機(jī)的強(qiáng)大的控制能力，通 過(guò)稱(chēng)重傳感器和16位的AD7705轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了對(duì)重量的高 精度測(cè)量，具有成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)、電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。 系統(tǒng)在電子秤的實(shí)際應(yīng)用中得到了滿(mǎn)意的效果。