毕业设计(论文)-基于SN8P19系列单片机Auto-Run功能体重秤的设计.doc
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1、III基于SN8P19系列单片机Auto-Run功能体重秤的设计摘 要现代社会随着人们生活水平的提高,人们对自己的身体健康越来越关注,而体重又是衡量身体健康与否的一个重要标准,因此用一台体重计定期测量自己的体重是很必要的。传统的体重秤是仪表形式的,不仅测量的误差比较大,而且读数很不方便,体积上会占用更多的空间。因此一款便携,易操作,测量精度高的体重秤就很能满足人们的需求。本文以松翰SN8P1937单片机为核心,基于Auto-Run功能,当待测重量达到体重秤的开机重量时便开始称重,不像以前的体重秤要用脚踩脚踏开关才能开始称重。该单片机内部集成了16位的AD转换功能,可编程增益放大器,液晶驱动等丰
2、富的片内资源。该系统只有在称重的时候在正常模式工作,此时会打开硬件资源,其他时间都工作在绿色模式,绿色模式芯片的电流只有几个微安,因此,该款体重秤非常省电,有很好的实用性和环保性。该设计分为硬件设计和软件设计两大部分。硬件设计部分分为:LCD显示部分,压力信号采集与转变, EEPROM,低电压检测模块和部分按键。由于压力传感器的输出信号是非线性的,所以如果利用线性的处理方法有很大误差,使测量结果不准。因此采用分段线性的方法完成AD转换部分和放大电路部分的设计。软件部分先完成各个模块的底层驱动,然后完成应用层的设计,最终使系统达到预期的结果。关键词:体重秤,SN8P1937,Auto-Run功能
3、,压力传感器The Design of Weighing ScaleBased on SN8P19 Series MCU Auto-Run FeaturesAbstractModern society, as peoples living standards improved, people become increasingly concerned about their health, as weight is an important factor whether healthy or not .It is important for people to use a scales to
4、measure their weight.The traditional form of instrument scales are not only relatively large measurement errors, but also not easy reading,and volume of the scales will take up more space.So a portable, easy operating, high precision scales, clearly meet the needs of the people.In this paper, Sonix
5、SN8P1937 MCU core, based on Auto-Run feature, it works when weight tested reaches the minimum of the weighing scales,unlike the previous of weighing scales use foot pedal to begin counting. The MCU integrates a 16-bit AD conversion, programmable gain amplifiers, LCD driver rich on-chip resources and
6、 so on. The system only weighing when in normal mode, open the hardware resources, the other time working in the green mode, green mode only cost a few microamps of current,so this kind of weighing scales is very power savings and have a good practical and environmental protection.The design is divi
7、ded into two parts, hardware design and software design. The part of hardware design is divided into: LCD display part, the pressure signal acquisition and change, EEPROM, low voltage detection module and some buttons. As the pressure sensor output signal is nonlinear, so if the linear approach will
8、 cause error. The method used piecewise linear to complete the part of AD conversion part and the design of amplifier circuit. At first,software part complete the bottom driver of each module, and then complete the design of application layer, eventually the system to achieve the desired results.KEY
9、WORDS:Weighing Scale,SN8P1973,Auto-Run Function, Pressure Sensor 目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 引言11.2 称重技术和衡器的现状和发展趋势11.3 体重秤的研究现状和发展趋势21.4 课题提出的背景和意义31.5 课题的主要工作及论文结构安排32 体重秤功能与操作方法52.1 体重秤的功能52.1.1 称重52.1.2 零点校正52.1.3 分段校正52.1.4 增益设置52.1.5 AD采样速率设置62.1.6 AD参考电压设置62.1.7 LCD参数设置62.2 体重秤的操作62.3 本章小结63 系统
10、总体设计73.1 系统方案选择73.2 单片机选择83.3 传感器选择123.4 显示器件选择133.5 本章小结144 系统硬件设计154.1 单片机外围硬件电路设计154.2 传感器电路164.3 液晶驱动电路设计174.4 键盘电路设计184.5 EEPROM外围电路设计194.6 通道转换和自动增益电路204.7 电池低电压检测电路214.8 AD外围电路设计234.9 系统总体电路图254.10本章小结255 系统软件设计265.1 系统软件总体架构设计265.1.1 底层驱动层265.1.2 介面层265.1.3 应用层275.2 单片机模式切换275.3 系统主程序设计275.4
11、 LCD驱动子程序的设计285.5电池低电压检测程序设计295.6 AD子程序的设计305.7 键盘扫描子程序的设计305.8 数据处理子程序设计315.9 初始化找平衡程序335.10校准子程序345.11快速称重子程序345.12本章小结366 总 结37致谢38参考文献39附录 总体硬件电路图4039基于SN8P19系列单片机Auto-Run功能体重秤的设计1 绪论随着时代科技的迅猛发展,微电子学和计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巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制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
12、发生了巨大变化,并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统,使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。作为体重测量仪器,电子体重秤以其测量的准确性和高速性开始逐渐取代传统的仪表体重秤,成为测量体重领域的主流产品。1.1 引言重量是测量领域中的一个重要参数,称重技术自古以来就被人们所重视。公元前,人们为了对货物交换量进行估计,起初采用木材或陶土制作的容器对交换货物进行计量。以后,又采用简单的秤来测定质量。据考证,世界上最古老的计量器具出土于中东和埃及,最古老的衡器和砝码出自于埃及。秤是最普遍、最普及的计量设备,电子秤取代机械秤是科学技术发展的必然规律。低成本、高智能化的电子秤无疑具有极其广阔
13、的市场前景。现在能源危机越来越严重,节能问题越来越被别人关注,功耗越低就越受欢迎。现在电子产品越来也多,给人们的生活提供很多方便,体重秤作为电子秤的一个分支在人们的日常生活中扮演着越来越不可或缺的角色。体积小,易操作,易读数,测量精度高,耗电低的体重秤肯定会更加受到人们的青睐。本设计就是满足上面需求的一种体重秤,采用16位的AD转换,使得测量精度更高;整个秤体积很小,方便携带;采用液晶显示方便使用者读数;通过按键可以切换单位;系统上电后就运行在绿色模式下,内部的高速时钟关闭,所有的硬件资源也关闭,这样电流只有5uA左右,非常省电。系统每隔1s从绿色模式唤醒一次,当系统检测到重物的重量达到开机重
14、量后便开始进入正常工作模式工作,这样不仅很省电而且其自动开机功能让操作简化。1.2 称重技术和衡器的现状和发展趋势衡器是通过作用于被测量物体的重力来确定该物体质量的计量器具。在整个衡器的发展过程中,先后主要出现了六种类型的衡器:架盘天平、不等臂平台秤、吊车秤、倾斜象限杆秤、弹簧秤和自动秤。其中,不等臂平台秤(“十进秤”)是当今动态轨道衡的鼻祖,至今它仍是最通用的一种秤。50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电子衡器以来,经过40多年的不断改进与完善,我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到
15、国际90年代中期的水平。电子衡器制造技术及应用得到了新发展。电子称重技术从静态称重向动态称重发展:计量方法从模拟测量向数字测量发展;测量特点从单参数测量向多参数测量发展,特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。但就总体而言,我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距,其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求,电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化;其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高;其功能趋向是称重计量的控制信息
16、和非控制信息并重的“智能化”功能;其应用性能趋向于综合性和组合性。我国的电子衡器要打入国际市场。参与国际竞争。就必须执行国际法制计量组织制定的国际建议并要有国际水平的技术与装备、有国际水平的质量。这就要求企业以技术为先导、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,稳定产品质量。增强国际市场竞争能力。1.3 体重秤的研究现状和发展趋势体重是人体健康的一个重要指标,所以人们对体重秤的要求也越来越高,从传统的杠杆式到现在的高精度,易操作体重秤,体重秤正在随着人们的需求不断更新。现在我们可以见到的体重秤有指针式的,和用LCD显示的。随着人们对精度和测量速度的要求,电子体重秤有广阔的前
17、景。目前市面上的体重秤做到了占用空间少,操作方便,测量精度高等基本的测量功能,但是集多功能为一体的体重秤将会是未来发展的一个趋势。智能化和多功能化是体重秤发展的主要方向。各种新技术、新器件、新理论的出现和计算机网络的飞速发展,必将给体重秤的发展和应用提供广阔的天地。目前应用比较广泛、技术比较成熟的智能化电子秤已经得到了广泛应用,该系统已经能够集体重测量,身高测量,与PC机通信及数据分析等功能于一体。随着今后技术的发展,智能化的普及以及系统复杂程度不断增加,体重秤一定会有越来越广泛的发展前景。可以通过更多的传感器测量人体的血压,脂肪,体重,身高等。并通过串口通信与PC机进行通信,通过PC机将接收
18、到得数据进行分析和比较,然后结合一些医学常识可以做一个专家系统。将你自身的数据进行分析,经过专家系统分析后反馈给用户他自身的状况,提醒他应该注意的事项。这样就可以自己在家里对自己的身体进行实施监控。随时关注自己身体健康。特别是对有老人的家庭,这样的系统更是必不可少。在我国,集多能于一体的体重秤还并没大量普及。可以预见,多功能,智能化体重秤技术必将随着我国相关技术的发展而逐步完善和成熟,广泛地使用在家庭生活中,将会为提高我国的人民的身体素质及延长平均寿命做出巨大贡献。11.4 课题提出的背景和意义在欧洲国家,人们很注意自己的健康状况,体重秤成了每家必备的工具,人们可以搭配自己的饮食结构,使其更加
19、的合理。随着我国经济的发展,人民生活水平的提高,人们也开始注意自己的饮食结构和生活质量,我国市场对各种各样的电子秤的需求也越来越旺盛,但是我国体重秤产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距,产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等问题一直困扰着我们,针对如此强大的市场需求,对体重秤的深入研究成了一种发展趋势。而目前市场上的体重秤采用的是指针式的显示方式,测量不准确,精度不够高,只能给出模糊的测量结果,系统的稳定性和抗干扰性能也很差而且系统的功耗高,不利于节能环保。当然也有一些高档的体重秤,采用LCD显示,转换精度也很高,系统的各项性能和功能也很优越,但是价格又很高,所以就需要设
20、计一款高精度低成本,高性价比的体重秤,本文就是基于此目的,以普通称重系统为例,设计出了一款最大称重150KG,最小起秤重量2KG,低功耗,高可靠性的体重秤。1.5 课题的主要工作及论文结构安排体重秤主要从系统的整体设计、方案选择和各模块的软硬件实现来说明。在系统的整体设计和方案选择中对系统选用的各种芯片进行了说明,主控芯片选用的是SONIX公司的SN8P1937芯片,该芯片带有一个内部的16bitAD转换器、一个可编程增益放大器、一个多路开关、内置的温度检测电路和低电压检测电路,所以硬件的设计变的非常的简单,EEPROM选用的是ATMEL公司的AT24C02。在各个模块电路的实现中,软件设计是
21、本次设计的重点。论文结构安排如下:第一章为绪论,主要介绍课题的背景,分析了体重秤的意义和需求,体重秤的发展现状,并依此总结了提出本课题的必要性和以后的工作安排。第二章对体重秤功能进行讲解,主要对它具有的功能和它的操作过程进行了详细的描述。第三章为系统总体方案的设计,它主要从系统方案选择,单片机选择以及传感器的选择对系统的设计方案进行确定。第四章为系统的硬件设计部分,首先讲述了SN8P1937的外部电路,由于SN8P1937具有强大的片内外设,所以在硬件设计的时候只需要按着该芯片的外部电路的要求进行设计即可,其次对各外设电路进行了设计,如键盘电路、EEPROM电路。第五章为系统的软件设计部分,这
22、部分是整个系统的重点,由于主控芯片SN8P1937的选择使得整个系统的硬件电路变的简单同时它的软件设计就变的复杂,这部分主要分为LCD驱动程序的设计、键盘子程序的设计、AD子程序的设计、电池低压检测子程序的设计、校机子程序,初始化找平衡子程序和数据处理子程序的设计。第六章为总结。对全文做了总结,讲述了该系统最终实现的功能。2 体重秤功能描述与操作方法2.1 体重秤的功能本系统是基于松翰1937单片机设计的,该单片机有丰富的片内资源,在下一章中将会详细介绍。该单片机有四种工作模式:正常模式,绿色模式,低速模式,睡眠模式。绿色模式是一个低功耗模式。在绿色模式下,只有定时器可以继续工作,其他的硬件资
23、源都已经停止工作,外部高速/内部低速振荡器仍在工作,芯片工作电流降低至5uA(3V),可通过设定T0来确定系统的唤醒时间,也可以由P0/P1的电平触发信号立即唤醒。在本系统中,采用T0来唤醒,唤醒的时间间隔为1s。系统上电之后便工作在绿色模式下,每1s唤醒一次,进入正常工作模式,检测待测重物的重量是否达到开机重量(5kg),如果没有到则继续进入绿色模式。当重物的重量达到5kg的时候,系统进入到正常工作模式,此时硬件资源可以正常工作。该体重秤系统具有自动开机功能,而且功耗低很低。可测量的最大重量为150kg,最小测量重量为2kg。当电池电压低于单片机工作电压或待测物体重量超量程的时候系统会报警,
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