家用经济型智能电子秤中称重模块的设计与研究

发布时间：2017-05-30 10:05

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【摘要】：称重技术自古以来就被人们所重视,作为一种计量手段,它广泛应用于各个领域。电子衡器是称重技术与电子技术相结合的产物,它的发展已经历了三个阶段：模拟型、数字型和智能型。虽然数字型衡器比模拟型衡器有显著优势,但仍然存在以下问题：接口不统一造成难以互联,内部结构复杂,没有环境补偿功能造成误差大。智能型电子衡器正是为了克服这些问题才应运而生的,除数字输出之外,它们往往包括标准通信接口,本身具有非线性、温度、蠕变等补偿算法。 根据电子衡器的演化过程和发展趋势,本论文选取了家用电子秤为研究对象,并以经济型智能电子秤这一今后家用电子秤的发展方向为着眼点,研究其中最关键的智能称重模块。由于电阻应变式传感器技术成熟、价格低廉、精度和量程适合,非常适合应用于家用电子秤,因此本文拟选用电阻应变式传感器制作家用电子秤称重模块。 本研究采用高灵敏度的电阻应变式称重传感器,探索适合的电路连接、信号放大处理、去噪和信号补偿方式,并采用高精度的AD转换芯片将结果转换为数字形式,再通过串口传递至上位机,由软件进一步处理后得到被测物体重量。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、人机交互模块。 数据采集模块,由压力传感器、信号放大去噪处理、硬件补偿电路和AD转换器组成。转换后的数字信号送给控制器,由控制器经串口传给上位机处理。控制器模块采用了经济实用的AT89S52单片机,使用SPI总线与数据采集模块通信,并通过RS-232串口与上位计算机连接。下位机软件主要提供总线和通信端口的驱动,数据处理过程则在上位机完成。人机交互模块即上位机软件完成了人机问的信息交换,并处理采集的数字信号,得到最终结果。本设计还提供了过载报警提示功能使设计更人性化智能化。 本研究开发的称重模块具备智能电子衡器的主要功能：简单智能的传感器补偿(包含电路和算法)、标准化的通信接口及协议(RS232串口和自定义协议),整体结构简单且造价低廉。在添加适当的承载台和显示仪表后,就可以构建完整的家用经济型智能电子秤。整个系统的设计理念为通用化、低成本、智能化,获得的称重模块有广阔的市场前景。
【关键词】：电阻应变片 数据采集 抗干扰 单片机
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212;TH715.193
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 电子衡器的发展概述12-13
• 1.2 称重传感器的分类及发展13-15
• 1.3 智能化电子衡器的发展15-16
• 1.4 研究内容16
• 1.5 课题预期目的与前景16-17
• 第2章 称重传感器的工作原理17-24
• 2.1 电阻应变式传感器的原理17-18
• 2.2 电阻应变片的结构与分类18-19
• 2.3 电阻应变片的检测、测量电路19-21
• 2.4 电阻应变片的温度补偿21-22
• 2.5 E-△转换器基本原理22-24
• 第3章 称重模块系统设计及硬件24-40
• 3.1 系统设计24-25
• 3.2 传感器电路25
• 3.3 电源设计25-28
• 3.3.1 系统电源25-27
• 3.3.2 数字部分的电源设计27
• 3.3.3 模拟部分的电源设计27-28
• 3.4 单片机28-30
• 3.4.1 AT89S5228-29
• 3.4.2 AT89S52最小系统29-30
• 3.5 AD转换及信号隔离30-34
• 3.5.1 AD7794概述30-31
• 3.5.2 引脚排列及各引脚的功能31-32
• 3.5.3 AD7794的结构及工作原理32-33
• 3.5.4 AD7794及SPI33
• 3.5.5 磁耦隔离33-34
• 3.6 激励源34-35
• 3.7 前端调理电路35-37
• 3.7.1 抗混叠滤波35-37
• 3.7.2 增益调整37
• 3.8 报警电路37-38
• 3.9 RS232接口电路设计38
• 3.10 噪声及硬件抗干扰38-40
• 3.10.1 噪声38-39
• 3.10.2 硬件抗干扰39-40
• 第4章 称重模块软件设计40-46
• 4.1 数据处理40-42
• 4.1.1 非线性校正40-41
• 4.1.2 温度补偿41-42
• 4.2 下位机软件设计42-43
• 4.3 上位机软件设计43-46
• 4.3.1 上位机软件简介43-44
• 4.3.2 上位机软件框图44-45
• 4.3.3 SPCOMM控件45-46
• 第5章 称重模块数据测量及分析46-49
• 5.1 测量数据46-47
• 5.2 实验数据分析47-49
• 第6章 小结49-50
• 参考文献50-52
• 致谢52-53
• 学位论文评闽及答辩情况表53

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张r，

本文编号：406892