基于PIC16F877A智能电子秤的设计文档格式.docx
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顶尖条码标签秤有着许多杰出的特点，以太网功能使治理更加方便。
因此，称重技术的研究和衡器工业的进展各国都专门重视。
50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的进展。
60年代初期显现机电结合式电子衡器以来，随着时代科技的迅猛进展，微电子学和运算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了庞大的冲击和革命性的阻碍。
通过40多年的持续改进与完善，衡器技术也在持续进步和提升。
从世界水平看，衡器技术差不多经历了四个时期，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。
我国电子衡器从最初的机电结合型进展到现在的全电子型和数字智能型。
现今电子衡器制造技术及应用得到了新进展：
电子称重技术从静态称重向动态称重进展；
计量方法从模拟测量向数字测量进展；
测量特点从单参数测量向多参数测量进展。
常规的测试仪器外表和操纵装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了庞大变化，并相应的显现了各种各样的智能仪器操纵系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以明显提升[1]。
1.2国内外电子秤进展及成果
随着第二次世界大战后的经济繁荣，为了把称重技术引入到生产工艺过程中去，对秤重技术提出了心动要求，期望称重过程自动化，为此电子技术渗入衡器制造业。
在1954年使用了带新式打印机的倾斜式秤，其输出信号能操纵商用结算器，同时用电磁铁机构与人工操作的按键与办公机器联用。
在1960年开发出了与衡器相联的专门称重值打印机。
当时带电子装置的衡器其称量工作是机械式的，但与称量有关的显示、记录、远传式操纵器等功能是电子方式的。
电子称的进展过程与其他事物一样，也经历了由简单到复杂、又粗糙到周密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。
专门是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出信号的电子衡器。
这是由于电子衡器不仅给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着操纵和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。
近年来电子称已愈来愈多地参与到数据的处理和操纵过程中。
现代称重技术和数据系统差不多成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可或缺的组成部分。
随着称重传感器各项性能的持续突破，为电子称的进展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在20世纪60年代就显现了0.1%称量准确度的电子称，并在70年代中期约对75%的机械秤进行了机电结合式改造。
我国的衡器在20世纪40年代往常还全是机械式的，40年代开始进展了机电结合式的衡器。
50年代开始显现了以称重传感器为主的电子衡器。
80年代以来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造。
已由传统的机械式衡器步入集传感器、微电子技术、运算机技术与一体化的电子衡器进展时期。
目前，由于电子衡器具有称量快、读数方便、能在恶劣条件下工作、便于与运算机技术相结合而实现称重技术和过程操纵的自动化特点，已被广泛应用于工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等各个部门、随着称重传感器技术以及超大规模集成电路和微处理器的进一步进展，电子称重技术及其应用范畴将更进一步的进展，并被人们越来越重视。
电子衡器产品量大面广、种类繁多，从通用的各种规格的电子称到大型的电子称重系统，从单纯的称重、计价到生产过程检测系统的一个测量操纵单元，其应用领域持续地扩大。
按照近些年来电子称重技术和电子衡器的进展情形及电子衡器市场的需求，电子称的进展动向为：
小型化、模块化、智能化、集成化；
其技术性能趋向于速率高、准确度高、可靠性高；
其应用性趋向综合性、组合性[2]。
1.3研究现状
1.3.1阻碍因素
随着科技的进步,对电子秤的要求也越来越高。
阻碍其精度的因素要紧有:
机械结构、传感器和数显外表。
在机械结构方面，因材料结构强度和刚度的限制,会使力的传递显现误差，而传感器输出特性存在非线性,加上信号放大、模数转换等环节存在的非线性，使得整个系统的非线性误差变得不容忽视。
因此，在高精度的称重场合，迫切需要电子秤能在线自动校正系统的非线性。
此外，为了保证准确、稳固地显示,仪器内部辨论率（要紧是ADC的辨论率）一样要比外部显示辨论率高4倍以上,这就要求所采纳的ADC具有足够的转换位数，而采纳高精度的ADC，自然增加了系统的成本。
1.3.2产品质量
目前市场上主流的电子秤按照使用功能的不同包括以下几个类型：
电子天平、电子计数秤、电子计价秤、电子台秤、电子吊钩秤、定量包装秤以及条形码电子秤等。
面对种类如此繁多的电子秤，目前市场上存在许多不合格的电子秤产品。
不合格咨询题要紧表现在以下三个方面：
（1）温度试验项目不符合标准规定；
（2）湿热试验项目达不到标准要求；
（3）抗电脉冲串试验和抗静电放电试验项目不合格。
造成产品不合格的缘故要紧有以下几个方面：
（1）称重传感器的质量不达标，制约了电子秤产品整体质量的提升；
（2）关键元器件未进行选择和通电老化，造成电子计价秤质量失控；
（3）部分产品设计上抗干扰能力不强；
（4）产品检验把关不严。
面对目前市场上电子秤产品的总体质量不高的局面，除了加大对电子秤产品的日常监督治理之外，还要从全然上推动技术的进展，促进电子秤产品质量的提升，更好地爱护消费者的合法权益[3]。
1.3.3进展方向
电子秤不仅要向高精度、高可靠方向进展，而且更需向多种功能的方向进展。
据悉,目前电子秤的附加功能要紧有以下几种：
（1）电子秤附加了运算机信息补偿处理装置，能够进行自诊断、自校正和多种补偿运算和处理；
（2）具有皮重、净重显示等特种功能。
电子秤有些已具备了动态称量模式,即通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法,排除上述的误差；
（3）附加专门的数据处理功能。
目前的电子秤有附加多种运算和数据处理功能,以满足多种使用的要求。
今后,随着电子高科技的飞速进展,电子秤技术的进展定将日新月异。
同时,功能更加齐全的高精度的先进电子秤将会持续咨询世,其应用范畴也会更加拓宽。
1.3.4电子秤的智能化
电子秤的智能化电子秤的称重功能是基于微电脑操纵芯片处理器这一核心技术来实现的。
由于目前在设计电子秤系统时大量地采纳集成芯片，因此电子秤系统差不多摆脱了以往的电子模式，正趋向智能化多元化方向进展。
在此基础上能够实现系统功能的扩展，例如与上位机的通讯，在上位机上利用图形化界面的操作软件实现数据库治理等。
电子秤由于自身的精度高、功能强和使用方便，实际使用的电子秤有较高的性价比，在专门多领域完全能够取代那些机械式的称重工具。
在具体开发电子秤的系统时应该按照用户的客观需要，再结合系统硬件和软件，从而能够开发出一套实际使用价值极大的电子秤系统。
目前，随着电子技术的飞速进展，微处理器应用技术的日趋成熟，必将推进基于微处理器为核心的电子秤系统功能的日趋完善，因此多元化智能电子秤具有广泛的应用前景和开发价值！
1.4电子秤设计的任务及要求
此次毕业设计利用单片机设计一个不仅能够称体重，而且能够测身高的智能电子秤。
系统的硬件部分包括操纵器、数据采集处理、人机接口三大部分。
要求该系统特点及要紧操纵功能：
（1）测量范畴：
体重不超过150Kg，身高不超过2米
（2）测量精度：
体重误差不大于50克，身高误差不大于2%
（3）显示方式：
LCD显示身高和体重值。
（4）使用操作：
键盘输入数据，操作简单方便。
（5）专门功能：
语音播报测量结果；
当物品重量超过电子秤量程，即过载情形或者是物品重量小于A/D转换器所能转换的最小精度，即欠量程的时候，具有超重报警功能。
第2章系统方案设计与论证
2.1系统方案的设计思路
当人站到秤盘上时，秤盘下的重量电阻应变式传感器产生一电信号，信号的强弱随重量的大小而变，该电信号经放大电路放大后，经A/D转换，转换后的数字量与体重成正比，再进入单片机通过数据处理，单片机产生一组满足显示要求的数据，送至显示电路显示出实际重量。
与此同时超声波测距的发射探头发射超声波，计数器开始计数，当接收探收到回波的时候发出中断信号，计数器停止计数，通过单片机处理后运算出距离，然后设置一个固定距离减去测得的距离确实是人的身高。
然后送至显示电路显示出身高，在把数据送到语音播报芯片产生语音，报出身高和体重。
当系统的工作电压低于正常工作范畴时，低压报警电路产生声光报警。
2.2系统方案设计
操纵部分要紧采纳单片机实现操纵功能。
数据采集处理分两大模块：
称重数据采集处理和用超声波测身高数据采集处理，由传感器、信号的前级处理和A/D转换部分组成。
人机接口部分要紧包括键盘、显示和语音播报。
硬件结构框图如图2.1所示:
图2.1硬件结构框图
2.3系统方案比较与论证
2.3.1单片机的选型
选择单片机型号的动身点有以下几个方面：
1、市场货源
系统设计者只能在市场上能够提供的单片机中选择，专门是作为产品大批量生产的应用系统，所选的单片机型号必须有稳固、充足的货源。
2、单片机性能
应按照系统的功能要求和各种单片机的性能，选择最容易实现系统技术指标的型号，而且能达到较高的性能价格比。
单片机性能包括片内硬件资源、运行速度、可靠性、指令系统功能、体积和封装形式等方面。
阻碍性能价格比的因素除单片机的性能价格外，还包括硬件和软件设计的容易程度、相应的工作量大小，以及开发工具的性能价格比。
3、研制周期
在研制任务重、时刻紧的情形下，还要考虑所选的单片机型号是否熟悉，是否能赶忙着手进行系统的设计。
与研制周期有关的另一个重要因素是开发工具，性能优良的开发工具能加快系统地研制进程。
各种单片机都有各自的优缺点，应按照需要选择。
选择单片机原则如下：
（1）单片机的差不多参数例如速度，程序储备器容量，I/O引脚数量
（2）单片机的增强功能。
例如看门狗，双指针，双串口，RTC（实时指针），EEPROM，扩展ROM，CAN接口，I2C接口，SPI接口，USB接口。
（3）Flash和PTP（一次性可编程）相比较。
最好是Flash。
（4）封装IP（双列直插），PLCC（PLCC有对应插座）依旧贴片。
DIP封装在做实验时可能方便一点。
（5）工作温度范畴，工业级依旧商业级，如果设计户外产品，必须选用工业级。
（6）工作电压范畴。
例如设计电视机遥控器，2节干电池供电，至少应该能在1.8—3.6V电压范畴内工作。
（7）供货渠道畅通。
能申请样片，小批量购买有现货。
最看起来标准51，随便找个地点就能买到。
（8）价格低。
（9）有服务商，像周立功公司推Philips，双龙公司推AVR，都提供了专门多有用的技术支持，起码烧写器有地点买。
（10）烧录器价格低，如果是ICP（把单片机放在烧录器上编程）能否利用现有的烧录器，如果是表贴封装，买一个转接座也专门贵，至少得一两百元。
能否ISP（在系统编程，即把芯片先焊到板子上再通过预留的ISP接口编程），一样ISP编程器比较廉价大约一两百元甚至几十元。
（11）仿真器廉价。
关于FLASH型单片机，仿真器不是必备的。
然而关于OTP（一次性可编程）型单片机，必须购买或者租用仿真器。
（12）单片机汇编语言是自己熟悉的，同时能支持C语言。
编程环境要像Keil一样好用，同时依旧免费的。
（13）网站速度快，资料丰富、包括芯片手册，应用指南，设计方案，范例程序。
最好有中文，像Atmel就不错。
（14）保密性能好，查一下专业解密网站上的黑名单，再发个mail咨询一下解密价格。
经综合考虑，有以下两种方案。
方案一：
51系列单片机。
51系列是应用最广泛的单片机，由于产品硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史悠久，有先入为主的优势。
世界有许多闻名的芯片公司都购买了51芯片的核心专利技术，并在其基础上进行性能上的扩充，使得芯片得到进一步的完善，形成了一个庞大的体系，直到现在仍在持续翻新，把单片机世界炒得沸沸扬扬。
51系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。
它的处理对象不是字或字节而是位。
它不光能对片内某些专门功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。
尽管其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。
系列在片内RAM区间51还专门开创了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H～2FH，它既可作字节处理，也可作位处理（作位处理时，128个位，合相应位地址为OOH～7FH），使用极为灵活。
这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到专门多分支，因而需建立专门多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。
而实施这一处理（包括前面所有的位功能），只需用一条位操作指令即可。
51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。
八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。
而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度依旧能满足要求的，用的较多。
作乘法时，只需一条指令即可。
专门多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。
51系列的I/O脚的设置和使用专门简单，但高电平常无输出能力，可谓有利有弊。
故其他系列的单片机（如PIC系列、AVR系列等）对I/O口进行了改进，增加了方向寄存器以确定输入或输出，但使用也变得复杂。
同时，原51系列也有许多值得改进之处，如运行速度过慢等。
当晶振频率为12MHz时，机器周期达1μs，明显习惯不了现代高速运行的需要。
华邦公司（Winbond）生产的产品型号为W77系列和W78系列，W78系列与AT89C系列完全兼容。
W77系列为增强型，对原有的8051的时序作了改进，每个机器周期从12个时钟周期改为4个周期，使速度提升了三倍，同时，晶振频率最高可达40MHz。
W77系列还增加了看门狗WatchDog、两组uART、两组DVTR数据指针、ISP等多种功能[4]。
方案二：
PIC单片机。
PIC单片机CPU采纳RISC结构，分别有33、35、58条指令（视单片机的级别而定），属精简指令集。
而51系列有111条指令，AVR单片机有118条指令，都比前者复杂。
采纳Haryard双总线结构，运行速度快（指令周期约160～200nS），它能使程序储备器的访咨询和数据储备器的访咨询并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序储备器取出下一条指令，如此总的看来每条指令只需一个周期（个别除外），这也是高效率运行的缘故之一。
此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。
PIC系列单片机的I／O口是双向的，其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。
I／O脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器，从而解决了51系列I／O脚为高电平常同为输入和输出的状态。
当置位1时为输入状态，且不管该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态；
置位0时为输出状态，不管该脚为何种电平，均呈低阻状态，有相当的驱动能力，低电平吸人电流达25mA，高电平输出电流可达20mA。
有关于51系列而言，这是一个专门大的优点，它能够直截了当驱动数码管显示且外电路简单。
它的A／D为10位，能满足精度要求。
具有在线调试及编程功能[5]。
综合来看，PIC与51单片机相比具有一系列的优点，用通俗的讲法要紧体现在这几个方面：
（1）总线结构:
MCS-51单片机的总线结构是冯-诺依曼型,运算机在同一个储备空间取指令和数据,两者不能同时进行;
而PIC单片机的总线结构是哈佛结构,指令和数据空间是完全分开的,一个用于指令,一个用于数据,由于能够对程序和数据同时进行访咨询,因此提升了数据吞吐率。
正因为在PIC单片机中采纳了哈佛双总线结构，因此与常见的微操纵器不同的一点是：
程序和数据总线能够采纳不同的宽度。
数据总线差不多上8位的，但指令总线位数分别位12、14、16位。
（2）流水线结构:
MCS-51单片机的取指和执行采纳单指令流水线结构,即取一条指令,执行完后再取下一条指令;
而PIC的取指和执行采纳双指令流水线结构,当一条指令被执行时,承诺下一条指令同时被取出,如此就实现了单周期指令。
（3）寄存器组:
PIC单片机的所有寄存器,包括I/O口,定时器和程序计数器等都采纳RAM结构形式,而且都只需要一个指令周期就能够完成访咨询和操作;
而MCS-51单片机需要两个或两个以上的周期才能改变寄存器的内容。
（4）在相同的系统时钟下PIC运行速度最快；
（5）所有AVR单片机的FLASH、EEPROM蓄存器都能够反复烧写、支持在ISP在线编程（烧写），入门费用专门少；
（6）片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，使得电路设计变得专门简单；
（7）每个IO口作输出时都能够输出专门强的高、低电平，作输入时IO口能够是高阻抗或者带上拉电阻；
（8）片内具有丰富有用的资源，如AD模数器、DA数模器，丰富的中断源、SPI、USART、PWM等等；
（9）内嵌A/D的特点：
10位精度，逐次靠近型ADC；
有8路复用单端输入通道；
转换快，65—260us的转换时刻
综上所述，选用方案二，能够选用PIC系列中性价比高、内嵌A/D转换、执行速度快的PIC16F877A这款单片机，满足系统要求。
2.3.2称重传感器选型
传感器的定义：
能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
通常传感器由敏锐元件和转换元件组成。
其中敏锐元件指传感器中能直截了当感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏锐元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。
现代科技的快速进展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将要紧依靠对信息资源的开发和猎取、传输和处理，而传感器处于自动检测与操纵系统之首，是感知猎取与检测信息的窗口；
传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程要猎取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。
因此，传感器的地位与作用专门重要[6]。
传感器的作用是人们为了从外界猎取信息，必须借助于感受器官。
而单靠人们自身的感受器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为习惯这种情形，就需要传感器。
因此能够讲，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境爱护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物爱护等等极其之泛的领域。
能够毫不夸张地讲，从茫茫的太空，到浩渺的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。
因为这时输入量和输出量都和时刻无关，因此它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时刻变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。
表征传感器静态特性的要紧参数有：
线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。
传感器动态特性是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。
在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。
这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，同时它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往明白了前者就能推定后者。
最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，因此传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示[7]。
按照要求，称重传感器有以下几种方案能够选择：
压电传感器。
压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。
其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。
压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。
目前多用于加速度和动态力或压力的测量。
压电器件的弱点：
高内阻、小功率。
功率小，输出的能量柔弱，电缆的分布电容及噪声干扰阻碍输出特性，这对外接电路要求专门高[7]。
电容式传感器。
电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器。
它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。
电容传感器可用来检测压力、位移以及振动学非电参量[8]。
电容传感器的差不多工作原理可用最一般的平行极板电容器来讲明。
两块相互平行的金属极板，当不考虑
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