题目：数显电子秤的设计
1 选题的背景、意义
数显电子秤是现今生活中常用的电子秤重衡器，在各大超市、大中型商场、物流配送中心都可以看到。数显电子秤在结构和原理上取代了传统的机械式称量衡器。与传统的机械式称量衡器相比较，数显电子秤具有称量高精度、应用范围广、易于操作使用等优点，在工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。数显电子秤的设计是通过压力传感器采集到被测物体的确切重量并将其转换成相应的电压信号。输出的电压信号通常会很小，需要相应的放大电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成相应的数字信号量被送入到主控电路的单片机中，在经过单片机控制译码显示器，就可以显示出被测物体的确切重量。
现在市场上使用的称量工具，有些是结构复杂，有些是运行不可靠，成本高，精度稳定性也不好，调正的时间长，易损件多，维修困难，能源消耗大。现在市场上电子秤产品整体水平不高，部分小型企业的产品质量差而且技术力量薄弱，缺乏产品的开发能力，电子产品质量处在低水平层次。所以，有针对性的开发出一套有实用价值的电子秤系统，从技术上客服了上述诸多缺点，改善电子秤系统在应用中的不足之处，具有现实意义。
从20世纪70年代开始，在世界范围内掀起了一股“电子秤热”各个先进工业国都很重视传感技术和电子秤的研究、开发和生产。传感技术已经成为重要的现代科技领域，电子秤及其系统生产成为了重要的新兴行业。我国生产的电子秤产品主要是属于静态衡器电子秤，在计量要求、功能和外形上已经打到了国外同类产品的先进水平，而且在价格上又低于国外的同类产品，具有较好的出口潜力;但动态衡器电子秤，与国外的同类产品还有一定的差距，尤其是在动态稳定性上存在较大距离，我国进口的电子秤大多数就是这类产品。我国的电子衡器要想打入国际市场，参与国际竞争。这就要求企业必须以技术为先导、以质量为中心、以管理为基础，努力提高制造技术与制造工艺水平，稳定产品的质量。增强国际市场竞争力。我们要从观念上、技术上和管理上迅速赶上，与时俱进、开拓创新、以提高制造技术与制造工艺水平为突破口，主要解决电子衡器中的工程化产品的定型设计。努力提高批量生产的能力，使我国的民族衡器工业走上健康持续发展的轨道。
2 相关研究的最新成果及动态
电子秤不仅要向高精度、高可靠性方向发展，而且更需要向多种功能的方向发展。现在电子秤的附加功能主要有以下几种：
(1) 电子秤附加了处理计算机信息补偿装置，可以进行自诊断、自校正和多种补
偿计算和处理。
(2) 具有皮重、净重显示等特定功能。
(3) 附加了特殊的数据处理功能。现在的电子秤附加了多种计算和数据处理功能，
以满足于多种使用的要求。
今后，随着电子科技的飞速发展，电子秤技术的发展将会日新月异。而且功能更加齐全的高进度先进电子秤将会不断问世，其应用范围也会更加广。
现在，在世界各国常用的衡器中，无论是利用杠杆原理的各种称，还是利用弹性元件的回复力与被测物体的重力达到平衡来测量质量的称，都离不开两个必须的条件：一个是重力场，另一个是静力平衡，第一个说明了现代各种称都不能用于无重力的场合，第二个说明了各种称都必须待其保持平衡时才能进行测量。因此，将这些称称为静态称，所用的方法称为静态称重法。
在科研生产当中，常常会遇到运动中的物体需要称重，或在外界有震动源干扰的条件下需要称重，这是静态称就无能为力了，如果采用“静态标定，动态使用”的称重
传感器测量系统的方案去实现，就引出了称重传感器测量系统的动态性能和动态误差问题。称重传感器测量系统用于静态和动态的区别是：从时间域来看，静态测量时，传感器的输出与时间无关，即不随时间变化;动态测量时，传感器的输出与时间有关，即随时间变化包括瞬态变化和连续变化。从频率域来看，静态测量时，其输出信号频谱只有零数;而在动态测量时，其输出信号频谱则有各种频率成分，对周期信号为分离频谱，对非周期信号为连续频谱。采用“静态标定，动态使用”的方法，首先必须进行静态标定，以确定传感器的静态特性，它是动态测量的基础和依据，然后，对传感器的动态特性进行校准，确定传感器的动态误差，包括幅值误差和相对误差。其中主要是动态幅值误差。
在传感器称重系统中，只有当动态误差为零或在所规定的误差范围内是时，动态测量结果才与静态性能一致，即使传感器测量系统的静态性能很好，也会产生较大的测量误差。实践证明，“静态标定，动态使用”的方法，只是以静看动，其本质还是静态称重，并没有从根本上解决静态称重方法存在的问题。今年来，日本、美国一些学者为从根本上解决这一问题，以便能在宇宙空间和运动中进行称重，开展了许多研究工作，提出来一个摆脱重力场的影响，无需静力平衡的全新的称重方法—动态称重法。
动态称重法，其基础就是用力程动力学来解决质量测量问题。因为动是绝对的，静是相对的，静可以看成是动的一个特例。根据牛顿第二定律F=mg以及它的特殊形式W=mg可知，只要测得力和加速度，而不必考虑a是什么样的加速度，都可以求得质量m的大小，这是一个不受被测量物体是静态还是动态已经重力场大小影响的质量测量方法，这就是动态称重的基本原理，随着时间的推移，必将有新的发展。
我国动态质量测量的研究除同济大学作了一些前期立项工作外，基本没有开展。动态质量测量理论的确立，动态电子衡器的问世，将是电子称重技术的一次革命，它将再很多场合以动态秤代替静态秤，必然促进电子称重技术的快速发展。我国也应开展动态质量测量理论和应用的研究，尽快找出解决问题的途径，开发出适合我国市场需求的动态电子秤以及动态电子称重系统。
3 课题的研究内容及拟采取的研究方法(技术路线)、研究难点及预期达到的目标
电子秤的工作原理为：当检测时，传感器接收到被测量的信号，然后起桥路输出约为-75~75mV的电信号。该信号加到差分放大低通滤波器上，得到0到5V的模拟电信号。经过单片机控制的A/D转换器进行转换，得到与检测质量相对应的数字量，再经过单片机对其处理计算，变换成以g为纲量的BCD码，送8155芯片进行显示，并对测量结果进行保存。
本次毕业设计拟利用重量检测元件结合51单片机设计一个能实时显示物体重量的智能微型电子秤。系统的硬件包括重量测量装置、功能键及显示电路、中央控制器等部分。要求改系统特征及主要控制功能为：
(1) 以AT89C51单片机为处理核心;
(2) 把被测量转换成电压信号，然后经放大电路转换为0—5V，送A/D转换器
转化为数字信号;
(3) 采用键盘作为功能键，设定量程;
(4) 用LCD实时显示物品的重量值;
(5) 量程为0—10kg。
硬件设计框图：
软件设计：
本电子秤单片机采用了89C51单片机，所有的程序都固化于FLASH中，用来存贮保存多次质量测量值等。其主程序的主要功能有：系统初始化与初始工作状态设置，工作功能的判别、采样数字滤波、传感器零点自动跟踪等。
(1) 显示结果锁定，质量检测结果由单片机送入显示器后，其显示结果
处于不变的保持状态。
(2) 利用软件程序来自动跟踪传感器零点的漂移。由于温漂和时源的影
响，传感器的零点常常出现漂移现象，如不采取措施将影响测量的
准确性。在研究的电子秤中采用了软件自动跟踪措施，其设计的基
本思想是，在程序上不断对零质量值进行采样，跟踪其变化，重新
设置变化的零点值。
(3) 测量前，先输入设定量程(0—10kg)，完成设定后，开始测量。 软件流程图：
研究难点：
本课题的研究难点在于如何消除或减少温漂和时漂对传感器测量精度的影响，以达到减少整个系统的测量误差的目的。对系统软件的编写也是一个难题，如何编写出一个适合本系统测量的软件，是至关重要的，合理的编写能缩短系统反应时间，还可以减小系统误差。
预期成果
根据电子秤硬件结构原理图设计出简单的实物来，在电子秤硬件设计的基础上完善和加强软件的设计，能够精确称量，最终达到单片机智能控制电子秤的称重目标。
4研究工作详细工作进度和安排
2012年11月23日—2012年12月5日 布置毕业设计任务，讲解毕业设计的方法和步骤，查找、分析相关文献资料;
2012年 12月6日—2013年1月 10日 初步拟定系统采取的研究方法、设计路线，完成文献综述、外文翻译的撰写;
2013年1月11日—2013年3月5日 整理相关资料，确定系统完成的主要功能，绘制系统的流程图。完成开题报告;
2013年3月5日—2013年4月8日 进行详细的系统分析，完成电路的设计，每周汇总情况、问题和进度一次，个人随时可以通过电话、qq、E-mail联系，开始撰写论文大纲及初稿;
2013年4月9日—2013年5月3日 系统开发、代码设计、系统调试、修改及优化阶段;
2013年5月4日—2013年5月26日 完成毕业论文并提交;
2013年5月27日—2013年5月29日 毕业论文答辩。
5参考文献
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