0 引言
隨著科學技術(shù)的進步，單片機及相關(guān)電子技術(shù)飛速發(fā)展，應用領(lǐng)域不斷拓展。利用單片機和傳感器實現(xiàn)對重量的高精度測量，提高了生產(chǎn)的自動化程度，成本低廉，應用十分廣泛。
1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、稱重傳感器、A／D轉(zhuǎn)換、通信接口和語音提示模塊組成，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1。
1．1 單片機系統(tǒng)
系統(tǒng)采用AT89S52作為控制核心，配備鍵盤、液晶顯示電路和揚聲器。
AT89S52是Atmel公司新推出的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，它具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I／O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器／計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。其性能完全可以滿足系統(tǒng)的要求。
液晶顯示采用OCMJ4X8A液晶顯示屏，它內(nèi)帶漢字字庫，可以方便地顯示漢字及圖形；可以同時顯示4行8列個單元，可以一次顯示系統(tǒng)所有狀態(tài)信息；顯示的內(nèi)容不需要刷新，節(jié)省了單片機的資源；電路結(jié)構(gòu)簡單，便于控制，功耗低。鍵盤用于輸入預置信息，揚聲器用于發(fā)出語音提示和超重報警。
1．2 稱重傳感器
系統(tǒng)采用懸臂梁式稱重傳感器。該傳感器量程30kg；彈性體為彎曲懸臂梁結(jié)構(gòu)，外形高度低，結(jié)構(gòu)強度高；用于拉伸力或壓縮力測量，抗偏、抗側(cè)向力強；防塵密封，精度高，性能穩(wěn)定可靠，安裝使用方便。傳感器外形如圖2所示，單位：mm。
此傳感器為電阻應變式稱重傳感器，它的主要組成部分有電阻應變片、彈性體和檢測電路。工作原理：彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在其表面的電阻應變片也隨之產(chǎn)生變形，電阻應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化，再經(jīng)相應的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓，從而完成將外力變換為電信號的過程。其中，電阻應變片是把一根電阻絲機械地分布在一塊有機材料制成的基底上，即成為一片應變片；彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件，它的功能有兩個：首先是它承受稱重傳感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應變場，使粘貼在此區(qū)的電阻應變片比較理想地完成應變電信號的轉(zhuǎn)換任務；檢測電路采用全橋式等臂電橋把電阻應變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥?/p>
1．3 高精度A／D轉(zhuǎn)換
稱重傳感器的輸出為mV級的微弱信號，傳統(tǒng)的測量方法是在A／D轉(zhuǎn)換之前加一級高精度的放大器，電路復雜。AD7714是美國Analog Devices(AD)公司推出的24-位ADC家族AD771X系列中的新品，適用于低頻、高精度工業(yè)級轉(zhuǎn)換。該器件具有完整的模擬前端，可以直接測量傳感器輸出的直流微弱信號，轉(zhuǎn)換精度達到24位無誤碼。采用三線串行口與微控制器連接，通過軟件編程可以對增益、信號極性、輸入通道作出設置。該芯片具有自校準、系統(tǒng)校準和背景校準功能，可以消除零點誤差、滿量程誤差及溫度漂移的影響。
1．4 通信接口
將單片機采集的重量數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C，利用單片機的RXD，TXD接口連接到RS232串行口接收或發(fā)送數(shù)據(jù)和指令，但是單片機的TTL電平和RS232不兼容，因此使用了MAX232進行電平轉(zhuǎn)換，其連接線圖如圖3所示。
1．5 語音提示模塊
語音提示由ISD1400芯片控制，它有20秒的錄放時間。預先將0～9、點、十、百、千克、克的語音存入ISD1400，單片機將實際測量的重量值通過該語音芯片經(jīng)由揚聲器發(fā)出。
2 軟件設計
2．1 單片機軟件編程
對于51系列單片機，目前常用的語言有匯編和單片機C語言。本系統(tǒng)下位機軟件采用Keil C51程序編寫。主要由主程序、讀取重量子程序、鍵盤掃描和液晶顯示子程序、語音提示子程序、串口發(fā)送和接收子程序等部分組成。流程圖如圖4所示。
讀取重力量程序功能。啟動A／D轉(zhuǎn)換，將稱重傳感器測量的重量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并讀取到單片機內(nèi)部。
串口發(fā)送和接收子程序功能。完成下位機和上位機的通信。單片機讀取的溫度和濕度值通過發(fā)送子程序發(fā)送給上位機并等待命令，收到命令后再繼續(xù)進行測量。接收子程序通過接收上位機傳輸?shù)拿钸M行系統(tǒng)自檢、參數(shù)修正等。上位機的命令發(fā)送采用間隔10ms反復發(fā)送的方式，直到單片機將接收到的命令返回為止。如在 1s內(nèi)單片機沒有響應，則設置超時，系統(tǒng)復位單片機。
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