基于单片机的称重控制系统设计 - 图文

基于单片机的称重控制系统设计

?16引脚的贴片封装形式。

数据输入模块的选择相对来说非常简单，这个模块也属于人机交互界面的其中一部分，需

要完成称重系统金额等数据的输入以及时钟模块时间的调整。因此无非就是有独立键盘和矩阵键盘两种选择，而本系统至少需要设置10个数字键，还有若干的功能转换按键，考虑到按键数量比较多，毫无疑问矩阵键盘将会是最佳的选择。

经过对比，本系统选择了近些年来颇为流行的一种键盘即薄膜型键盘。薄膜键盘其实是一种薄膜开关，此种键盘按键一般很多，按键分布整齐，人们习惯叫它薄膜键盘。薄膜键盘外观漂亮，体积较小，重量特别轻。具有防水，防灰尘，耐酸碱，防油污，抗震以及寿命长等诸多特点。薄膜键盘集文字标识，商标印制，显示透明窗为一体，目前已经被广泛地应用于智能化的电子测量仪器、家用电器、医疗器械等诸多领域。 薄膜键盘的优点： ①外形美观新颖。

②体积可以做得很小，适用于笔记本等高端产品。

③密封性强，可以防水，防尘，还具有一定的耐酸碱和抗震能力。 ④使用寿命很长且可以耐弯折。

表2-2键盘按键功能分布

1 2 3 功 能 转 换 4 5 6 时 间 调 整

7 8 9 去 皮 功 能 * 0 # 预 留 按 键 显示模块可以在常见的数码管和液晶屏之间取舍，考虑到本设计要显示的数据量会比较多，

如果采用数码管显示，则所需的数码管位数就会非常多，将会占用单片机大量宝贵的I/O口，本就有限的51单片机的资源将会更加显得捉襟见肘，另外硬件电路的设计也会很复杂，编程也会有一定难度，同时大量的数码管从美观和显示效果来看也不甚理想。可见数码管只适用于

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显示内容相对较少的情况，当显示内容较多时，数码管往往就显得鞭长莫及了。因此本设计决定选用性能更加优异的LCD屏，常见的液晶显示屏有以1602和12864为典型代表的普通屏，还有更加高端的彩色TFT屏。从成本和实用性来看彩色屏可以被排除，因为就普通的电子秤来说不需要显示大量的彩色图像，用彩色屏有些牛刀杀鸡的感觉，同时就51单片机的处理速度来说去驱动高分辨率的彩色屏也会显得力不从心。1602成本最低，但是其显示区域较小且有不能显示中文的局限性，因此，本方案选择12864液晶作为系统的显示部分。

系统选用的是12864液晶屏，内置字库，采用8位并行数据传输模式，它的显示分辨率为128×64,可以同时最多显示四行32个16*16 点阵的汉字或64个16*8 点阵的西文字母。另外本模块还具有绘图功能，非常适合做人机交互模块。同时12864的功耗也很低，价格相对便宜，其硬件电路的设计比同类模块也要简单。

报警模块相对来说也比较简单，本设计采用的是比较经典的蜂鸣器报警方案。蜂鸣器是一种常见的电子讯响设备，蜂鸣器被广泛地应用于游戏机，家用电器和医疗设备等电子设备的报警电路中。

蜂鸣器价格低廉，电路结构简单，响度大，工作稳定性高，是一种非常理想的报警电路设计方案。蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，其中有源蜂鸣器接通合适的电源就可以连续发出声响，而无源蜂鸣器必须有音频信号的输入才能发声，和普通的扬声器更像。

我们常说的有源或无源蜂鸣器，其中的“源”是指震荡源，而不是电源。有源蜂鸣器内部带有独立的震荡源，因此只要一通电就会发出响声；但是无源蜂鸣器内部是没有震荡源的，所以直流信号无法直接驱动其鸣叫。只有输入一定频率的方波信号才可以驱动它发声。有源蜂鸣器一般都比无源蜂鸣器贵，就是因为它内置了一个震荡源。无源蜂鸣器虽然有其自身的优点，比价格便宜，发声频率可编程，在个别特殊情况下甚至可以和LED复用同一个I/O口。但是无源蜂鸣器的控制程序就要远远比有源蜂鸣器复杂了，其中往往需要涉及定时器的编程，相反有源蜂鸣器的编程非常简单只需要控制I/O口电平的高低变化就可以了。另外如过是小批量的话无源蜂鸣器的成本优势也并不明显，加之本设计只是需要普通的声音报警，没有要求音调的变化。毫无疑问，在本设计中，有源蜂鸣器是最好的选择。

目前的时钟芯片市场中DS1302、PCF8485和 DS1307等都比较流行。这些芯片都具有接口简单、成本低廉、应用简单的优点，因而在目前的电子设备中被广泛地应用。在这类芯片中DS1302是目前最为经典，使用也最广泛的一种。DS1302由DALLAS公司开发，它可以为备用电池提供充电功能，采用高效的串行数据传输模式，可以在接入电源时为备用电池充电，当然也

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可以关闭其此功能。和DS1302配套实用的也是常见的32768Hz的晶体振荡器。

经过对比，我决定选用DS1302作时钟芯片，因为其技术相对比较成熟，价格适中，功能也符合设计的要求。DS1302是一种低功耗，多功能的实时时钟芯片，具有进行闰年补偿功能， 在2.5V到5.5V的工作电压下都可以正常运行。DS1302通过简单的三个I/O扣与控制器进行同步通讯。DS1302比DS1202增加了后备电源电源的引脚，可以对后备电源进行充电，因此DS1302是DS1202的改进版和升级版，完全符合本设计的需求。 DS1302的管脚示意图如图2-8

图2-8 DS1302管脚示意图

温度传感器从大的方面来分可以分为接触式和非接触式。其中非接触式传感器和待测物可以不直接接触，因此这种传感器的测温上限非常高，理论上可以不用考虑敏感元件的耐高温上限。但是这种传感器造价相对昂贵，主要是用来测量运动中的目标、或温度变化迅速的目标的表温，尤其是1800℃以上的高温。因此这种传感器就本系统来说不是特别合适。

接触式一类的传感器的热电偶或热电阻的测温范围大，并且灵敏度高，转换时间短，但是需要与之配套的外围电路相对复杂，适用于专用的测温仪器的开发，考虑到本系统中的测温功能只是其中一个辅助功能，对温度传感器的测温性能并无特别高的要求，为了简化电路设计减小开发难度，在此选用集成温度传感器。

集成温度传感器又有模拟和数字的区分，其中模拟型的是把敏感元件和基本信号变换电路以及控制电路全部集成在了单一的I芯片上，这种芯片优点比较明显：灵敏度高，线性度较好并且响应速度很快。数字型集成温度传感器把温度敏感器件，A/D转换器和存储器等集成在了一个IC上，可以直接输出数字信号，单片机可以直接从IC中读取数据，再经过换算就可以得到实际的温度值，使用更加加方便。

对比以上方案，设计最终选择了一款数字集成温度传感器DS18B20.它只有一根数据线就可以完成和MCU的通信， 不需要额外的备用电源，3.0 V到5.5 V 的电压范围内都可以工作， 它可以测量零下55℃到125 ℃的温度范围 ，量程内的测温精度可以达到±0.5℃。DS18B20可编程的分辨率为9到12位，虽然响应时间稍长，但对于本系统来说完全可以符合要求。

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DS18B20的引脚示意图如图2-9：

图2-9 DS18B20引脚示意图

2.4小结

本章内容对系统的总体设计方案做了简单的介绍，之后又详细地阐述了系统每一个模块的选型依据。系统的各个模块器件的选择对于系统的整体设计是非常重要的，模块选择得当可以以最简单最廉价的方案实现设计所要求的功能，同时系统性能和工作稳定性也可以得到非常有效的保障，达到事半功倍的效果。相反如果模块选择失当，整个设计进程将会大费周折，最终的结果往往也不理想。

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