我们选用厚膜力传感器作为称重传感器,辅以16×2LCM,薄膜键盘等外围器件,设计了一台电子秤。系统设计总体框图如图1所示。
由厚膜电阻应变梁式传感器感受被测物体的质量,通过电桥输出电压信号,通过放大电路将输出信号放大,而后送A/D转换单元进行模数转换,将转换后的数字信号送给单片机,单片机接收数据后,对数据进行处理,将其转换成为质量信息送LCM液晶显示模块进行显示。单片机同时也可对所称物体价格进行计算,因此单片机不断查寻键盘是否有输入,如果有单价输入信号,则将输入单价记录并显示,而且将单价与质量数值进行乘法计算,得到货物的价格;如果是功能键输入,如去皮,清零/复位等则执行相应的功能。
1 模拟电路设计
本设计选择应变式厚膜力传感器,它能从根本上克服传统应变式力传感器用胶粘贴应变片(计)引起的蠕变和漂移。该传感器结构简单,性价比高。由于传感器输出的模拟信号比较微弱,必须通过一个模拟放大器对其进行放大,才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求,因此选用由三运放构成的具有高输入阻抗,高共模抑制比的差动放大器。电路如图2所示。要使电路满足平衡,则要求R1=R2、R3=R4、R5=R6,因此电阻选用高精度的金属膜电阻。此外因每个运放的性能不可能完成一致,在A1和A2增设了调零电位器VR1和VR2,这在实际的应用中是非常有用的。
2 单片机电路设计
2.1 数模转换电路与单片机的接口电路
A/D转换器选用ADC0804。当=0时,允许进行A/D转换。由低跳高时A/D转换开始, 是转换结束信号输出端,输出跳转为低电平表示本次转换已经完成,当为低电平时,输出数据锁存器DB0~DB7各端出现8位并行二进制数码。将此数值取进单片机,A/D转换即告完成。
2.2 LCM与单片机的接口电路
选用5×7点阵图形来显示字符的2行16个字的DM2162液晶模块,下面对编程方法作一简单介绍。
DM2162液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文片假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”。
DM2162液晶模块内部的控制器共有1l条控制指令,它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。液晶显示模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平(表示不忙),否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址,也就是告诉模块在哪里显示字符。
DM2162液晶显示模块可以和单片机AT89C52直接接口,如图3所示。
图3 系统接口电路
DM2162液晶模块的管脚定义为:VSS为电源地;VDD接+5V电源;V0为液晶显示器对比度调整端,接电源正时对比度最弱,接电源地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10k的电位器调整对比度;RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器;RW为读/写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作;当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据;E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令;DB0~DB7为8位双向数据线。
2.3 薄膜键盘与单片机的接口电路
使用的4×4键盘接口共有8根线, 4根行线, 4根列线,行线和列线在交叉处则形成一个键位。假设将0号键按下时,则第1根行线和第5根列线导通,据此可确定键值。
2.4 系统接口电路
传感器的输出信号经过放大送入ADC0804的VIN。ADC0804将模拟电压信号转换成为数字信号输出。ADC0804的8位数据线分别接至89C52的P0.0~P0.7,控制信号管脚分别接89C52的P3.4, P3. 1, P3. 0。AT89C52的P2口接薄膜键盘。LCM液晶显示模块的8位数据线接89C52的P1口,三根控制信号线RS,RW,E接P3.7, P3.6, P3.5。此外还可以在P3口添加一个蜂鸣器,用于按键音响控制和超重报警。
3 结论
以单片机技术为核心的电子秤,集传感器技术、微计算机技术、数字显示技术于一体,由于采用了新颖的厚膜力传感器,LCM液晶显示模块,薄膜键盘等设计,使得该电子秤反应灵敏,准确度高,显示直观,便于使用。除了称量质量外,该电于秤还具有清零、复位、去皮、单价输入及价格计算等功能。另外,稍加扩展,该电子秤还可与其他生产质量管理系统相连接,实现数据交换记录,分析等功能,具有推广应用价值。
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作者简介:鲍丙豪(1963—),男,教授,主要从事现代传感技术,检测技术及智能仪器研究。
收稿日期:2004-08
