智能体重仪智能体重仪.doc

1、前言 1.1选题背景与意义 体重仪是日常生活中常用的器件，广泛应用药店、商场、医院等场所。智能体重测试仪在结构和原理上取代了以杠杆平衡为原理的传统机械式称量工具。相比传统的机械式称量工具，智能体重测试仪称重系统有称量精度高、装机体积小、应用范围广、易于操作使用等优点，在外形布局、工作原理、结构和材料上都是全新的计量衡器。智能体重测试仪系统的设计首先是通过压力传感器采集到被测物体的重量并将其转换成电压信号。输出电压信号通常很小，需要通过前端信号处理电路进行准确的线性放大。放大后的模拟电压信号经A/D转换电路转换成数字量被送入到主控电路的单片机中，再经过单片机控制译码显示器，从而显示出被测人体的体重。目前市场上使用的称量工具，或者是结构复杂，或者运行不可靠，且成本高，精度稳定性不好，调正时间长，易损件多，维修困难，装机容量大，能源消耗大，生产成本高。而且目前市场上智能体重测试仪系统的整体水平不高，部分小型企业产品 质量差且技术力量薄弱，设备不全，缺乏产品的开发能力，产品质量在低水平徘徊。因此，有针对性地开发出一套有实用价值的智能体重测试仪系统，从技术上克服上述诸多缺点，改善智能体重测试仪系统在应用中的不足之处，具有现实意义。 1.2智能体重测试仪的发展方向与智能化 智能体重测试仪系统不仅要向高精度、高可靠方向发展，而且更需向多种功能的方 向发展 。据悉, 目前智能体重测试仪的附加功能主要有以下几种：⑴智能体重测试仪系统附加了计算机系补偿装置，可以进行自诊断、校正和多种 补偿计算和处理；⑵具有皮重、净重显示等多功能。智能体重测试仪称重系统有些已经具备了动态称重模式，通过进行算术平均、积分处理和自动调零等方法，消除上述误差；⑶附加特殊的数据处理功能。目前的智能体重测试仪有附加多种计算和数据处理功能,以满足多种使用的要求。今后,随着电子高科技的飞速发展, 智能体重测试仪技术的发展定将日新月异。 同时,功能更加齐全的高精度的先进智能体重测试仪将会不断问世。 智能体重测试仪的称重功能是基于单片机这一核心技术来实现的。由于目前在设计智能体重测试仪时大量地采用集成芯片，因此智能体重测试仪系统已经摆脱了以往的电子模式，正趋向智能化多元化方向发展。在此基础上可以实现系统功能的扩展，比如与上位机的通讯，在上位机上利用图形化界面的操作软件实现数据库管理等。智能体重测试仪称重系统由于自身的精度高、功能强和使用方便，实际使用的智能体重测试仪有较高的性价比，在很多领域完全可以取代那些机械式的体重工具。 2、总体方案设计 2.1 方案比较 对同一种目的的实现，可以用不同的方案，下面就着重介绍以下两种方案对同一目的的实现方法。并比较这两种方案的优劣。 2.1.1方案一 结构简图如下： 图2-1 方案一原理框图 此方案利用数码管显示体重，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的体重计，硬件部分简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系,但精确度欠佳。 2.1.2方案二 由传感器采集压力信号，前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施，尤其在显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。 原理图如图2-2所示。 → → → ↓ 图2-2 方案二原理框图 目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，被测信号经放大整形后送入单片机，由单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出体重。单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。但其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。使用这种方案会给系统设计带来一定的难度。 2.1.3方案三 采用现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心 采用现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心，利用EDA软件编程，下载烧制实现。系统集成于一片Xilinx公司的SpartanⅡ系列XC2S100E芯片上，体积大大减小、逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路。 采用FPGA测频测量精度高，测量频率范围大，而且编程灵活、调试方便，设计要求的精度较高，所以要求系统的稳定性要好，抗干扰能力要强。 从下图中可以看到系统的基本工作流程和各单元电路所用到的核心器件。其中控制器采用Xilinx公司可编程器件FPGA为核心，基于ISE软件平台，采用VHDL编程实现数据处理、LED和LCD驱动、时钟芯片的I2C通讯、键盘控制等模块。 结构简图如下图所示： 压力传感器 信号放大 信号转换 FPGA 时钟芯片 报警电路 LCD显示 数码管 键盘电路