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新型便携式电子秤研究

作　者: 张海霞
导　师: 滕召胜
学　校: 湖南大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 便携式电子秤电容式称重传感器非线性校正 PIC16F877单片机误差分配工程设计
分类号: TH715.193
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

现代社会的发展,对称重技术提出了更高的要求。目前,台式电子秤在商业贸易中的使用已相当普遍,但存在较大的局限性:体积大、成本高、需要工频交流电源供应、携带不便、应用场所受到制约。现有的便携秤为杆秤或以弹簧压缩、拉伸变形来实现计量的弹簧秤,居民用户使用的是国家已经明令淘汰的杆秤。多年来,人们一直期待测量准确、携带方便、价格低廉的便携式电子秤投放市场。本文设计了一种便携式电子秤,论述了仪器的工作原理,介绍了仪器的误差来源与误差分配,给出了仪器电路设计与软件流程,探讨了仪器的工程设计技术。针对电容式称重传感器非线性影响大的问题,提出并建立了电容式称重传感器的非线性影响模型与校正模型,为便携式电子秤的低成本准确称量奠定了理论基础。便携式电子秤主要由电源、称重传感器、单片机、键盘/开关、LCD显示器等部分构成。主要技术指标为:称量范围0～10kg;分度值0.01kg;精度等级Ⅲ级;电源DC 1.5V。仪器的技术指标参考了目前国内市场上使用最多、国内外产量最大的电子衡器的技术指标,其合理性无疑加大了产品投放市场后的竞争能力。仪器主要功能有自检、去皮、计价、累计、单价设定、过载报警和欠压提示等。仪器若不进行称量操作,5分钟后自动进入休眠模式,降低电源消耗。新型便携式电子秤体积小、计量准确、携带方便、操作简单、称量速度快,并集质量称量功能与价格计算功能于一体,能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求,具有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
第1章绪论  10-18
  1．1 称重技术和衡器的发展  10-11
  1．2 电子秤的发展现状  11-14
  1．3 现有便携秤和电子秤的不足  14-15
  1．4 项目研究背景  15-16
  1．5 本文的主要工作与创新  16-18
    1．5．1 本文的主要工作  16
    1．5．2 本文的创新  16-18
第2章便携式电子秤的测量原理  18-33
  2．1 称重传感器  18-20
    2．1．1 应变式称重传感器及其不足  19
    2．1．2 电容式称重传感器  19-20
  2．2 电容式称重传感器设计  20-26
    2．2．1 传感器弹性体  20-21
    2．2．2 传感器工作原理与分析  21-22
    2．2．3 材料设计  22-23
    2．2．4 工艺设计  23-24
    2．2．5 尺寸设计  24-26
      2．2．5．1 弹性体尺寸设计  24-25
      2．2．5．2 电容式传感器的几何尺寸设计  25-26
  2．3 便携式电子秤的称量原理  26-27
    2．3．1 数字化测量原理  26-27
    2．3．2 利用参考电容进行测量补偿  27
  2．4 电容式称重传感器的非线性校正  27-30
    2．4．1 电容式称重传感器的非线性影响  28-29
    2．4．2 电容式称重传感器的非线性校正  29-30
      2．4．2．1 传感器输出特性的多项式回归模型  29-30
      2．4．2．2 传感器输出特性的标定  30
  2．5 电容式称重传感器的温度影响及其补偿  30-33
    2．5．1 电容式称重传感器的温度影响  30-31
    2．5．2 电容式称重传感器的温度补偿  31-33
第3章便携式电子秤电路设计  33-42
  3．1 便携式电子秤的构成  33
  3．2 电源电路  33-36
    3．2．1 MAX1676  34-35
    3．2．2 电源电路设计  35-36
  3．3 传感器单元测量电路  36-37
    3．3．1 ICM7556  36-37
    3．3．2 测量电路设计  37
  3．4 单片机系统设计  37-42
    3．4．1 PIC16F877单片机  38
    3．4．2 单片机系统电路  38-39
    3．4．3 单片机系统的工作流程  39-40
    3．4．4 键盘/开关输入电路  40-41
    3．4．5 LCD显示  41-42
第4章仪器软件设计  42-48
  4．1 仪器主程序  43-44
  4．2 校正模块  44
  4．3 电源管理模块  44-45
  4．4 键盘管理模块  45-46
  4．5 采样管理模块  46
  4．6 数据处理模块  46-47
  4．7 计价模块  47-48
第5章仪器的误差及误差分配  48-53
  5．1 仪器的误差来源  48-49
    5．1．1 称重传感器的误差  48
    5．1．2 电子设备的误差  48-49
    5．1．3 机械承重系统的误差  49
  5．2 仪器的误差分配  49-50
  5．3 仪器误差的计算方法  50-53
第6章仪器工程设计  53-59
  6．1 仪器低功耗设计  53-55
    6．1．1 低功耗元器件的选择  53-54
    6．1．2 电路低功耗设计  54-55
    6．1．3 软件低功耗设计  55
  6．2 仪器抗干扰设计  55-56
    6．2．1 硬件抗干扰设计  55-56
    6．2．2 软件抗干扰设计  56
  6．3 仪器可靠性设计  56-59
    6．3．1 可靠性设计原则  57-58
      6．3．1．1 简洁化原则  57
      6．3．1．2 低功耗原则  57
      6．3．1．3 易操作原则  57
      6．3．1．4 元器件选用与电路设计原则  57-58
    6．3．2 可靠性设计方法  58-59
      6．3．2．1 电池的合理选用  58
      6．3．2．2 开关/键盘的使用  58
      6．3．2．3 元器件的选用  58-59
结论  59-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
附录攻读学位期间参与的研究项目、撰写的学术论文  66

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