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1、基于单片机的铅膏视密度监测系统硬件设计摘要：目前，铅酸蓄电池已成为工农业生产必不可少的产品。铅膏视密度参数直接关系到其使用寿命与可靠性。铅膏视密度的检测主要是靠人工取样进行称重测量 ，大大降低了生产效率，存在一定的滞后性。 本文充分了解了铅膏的生产工艺和特点，从而想到了这样的检测铅膏视密度的方法。主要控制芯片为STC89C52单片机，用压力传感器收集数据，结合A/D转换器、液晶显示128*64制作出了一种高精度的铅膏视密度检测仪器。用44矩阵键盘模块进行控制，非常方便，用液晶显示器显示结果。本设计检测精度高、测量速度快，解决了人工测量引起的误差，提高了生产效率。关键词：视密度；单片机；A/D转
2、换；液晶显示Hardware design of microcomputer monitoring system based on the cell density of pasteAbstract：At present, the lead-acid battery has become the industrial and agricultural production essential products. Lead paste apparent density parameters directly related to its service life and reliability.
3、 Lead paste apparent density detection is mainly depends on artificial sampling weighing measurement, greatly reduces the production efficiency, there is a certain hysteresis. This article fully understand the production process and characteristics of lead paste, to think of such a test lead paste m
4、ethod of apparent density. Main control chip is STC89C52 micro-controller, data is collected by pressure sensor and combining with the A/D converter, liquid crystal display 128 * 64 to make A kind of high precision electronic scale. With 4 * 4 matrix keyboard control module, is very convenient, with
5、 LCD display the results. This design testing precision, fast measurement speed, solved the error caused by artificial measurement, improves the production efficiency. Key words：Apparent density; electronic scale; MCU; A/D conversion目 录1引言41.1选题的背景及意义41.2关于选题的研究现状41.3主要研究方法42系统总体设计42.1 基本实现方法42.2基本原
6、理及设计思路42.3小结43硬件设计43.1检测电路设计43.2 A/D电路的设计43.3控制芯片43.4电源部分设计43.5显示电路43.6键盘输入43.7小结44程序设计44.1主程序的设计44.2扩展程序设计44.3 HX711输出参数的确定44.4小结45总结4参考文献4附 录4致 谢431引言1.1选题的背景及意义随着工业水平的进步，铅酸蓄电池技术不断地发展，对蓄电池的铅膏视密度的要求也越来越严格，新型铅膏视密度检测技术越来越受到蓄电池制造厂家的青睐。铅膏的生产工艺直接影响铅膏的视密度参数，新型合膏技术也应运而生，各种合膏技术层出不穷。铅膏是由一定氧化度和表观密度的铅粉与水和硫酸通过
7、机械搅拌混合而形成的具有一定可塑性的膏状物质，铅膏的视密度是铅粉分散在硫酸和水的液体中自然堆集后其总重量与总体积之比，单位为 g/cm3。铅膏的视密度是铅膏质量的重要指标，对极板活性物质的孔隙率的形成状态有很大的影响，铅膏视密度还影响了严重铅酸蓄电池的容量和使用寿命。因此，研究铅膏视密度对提升电池极板活性物质利用率和电池使用寿命意义重大，而且能够改善因铅膏视密度的影响造成的极板弯曲变形这一状况。1.2关于选题的研究现状近年来，对铅膏进行研究的人很多，发表的相关文献也很多如：陈红雨在2001年发表的铅膏制备原理与方法的研究，提出了采用真空合膏技术的重要性；战祥连在2006年发表的铅粉视密度对铅酸
8、蓄电池性能的影响，说明了用低视密度的铅粉合成的铅膏生产的管式蓄电池性能比视密度高的蓄电池好。1.3主要研究方法 用小钢铲取适量的不同处的铅膏装入一定容积的不锈钢杯内，并用力不断的振动，直到铅膏填充钢杯内无空隙和气泡为止，重复进行上述步骤到钢杯被填满为止，然后用硬直的钢尺刮去杯口多余的铅膏，并将钢杯外部擦干净，放在电子秤上，称出其总重量（铅膏重量与钢杯重量之和），铅膏视密度按下式计算。 1-1铅膏的视密度；m2钢杯和铅膏总质量；m1钢杯的质量；由以上方法，只需要设计出一种符合要求的铅膏视密度检测仪器即可实现铅膏视密度的检测。272系统总体设计2.1 基本实现方法本系统由硬件设计部分和软件编程设计
9、部分组成。硬件部分由传感器，A/D转换芯片，单片机，键盘，液晶显示和电源电路组成，各部分的主要功能为：压力传感器用来测量重量数据，A/D用来将微小的模拟量放大并转换成数字量，单片机控制模块，人机接口和数据锁存器。单片机控制模块采用了STC89C52单片机作为核心控制，实现对电子秤的基本控制；数据信息处理模块选用了应变片式传感器和HX711的A/D转换部分；人机部分采用了44矩阵键盘进行按键设置及人工清零操作；再加上液晶显示显示输出结果，基本能够实现对铅膏视密度的检测。系统结构图如图2.1所示。图2.1系统结构图称重传感器HX711A/D芯片电源电路矩阵键盘STC89C52单片机液晶显示2.2基
10、本原理及设计思路 当将单位体积的铅膏放到测量托盘上时，迫使压力应变片产生形变，导致自身电阻值随压力大小的变化而变化，这个变化是线型变化。从而完成了将压力信号转换为电信号。由于这个电信号是很微小，并且是模拟量，由于52单片机不能直接对模拟量进行处理，所以要对这个微小信号放大处理，经过A/D将模拟量变成数字量，在这个过程中，我使用了HX711芯片，该芯片是一个24位双通道A/D转换器，它内带最大128倍放大电路和模拟电压输出。它具有精度高，安全可靠，较高集成的特点，其模拟电压输出还可为测量电桥供电。经HX711处理放大后的信号可由STC89C52处理，最后由LCD输出结果。按键键盘模块可以输入测量
11、时候容器质量，进行人工清零等操作。考虑到电子秤的准确度，应对电源电压进行处理。2.3小结 在本设计过程中，用到的硬件有应变片传感器，还用到了下列芯片：HX711，STC89C52单片机和128*64显示器，LM7805稳压芯片。我查阅了很多硬件的相关资料，了解了各个硬件的基本功能和用法，并了解了相关硬件的原理与接线方法。3硬件设计3.1检测电路设计3.1.1常用传感器的工作原理电阻式传感器是一种把被测量参数转换为电阻变化的传感器，在非电量检测技术中应用最广、最成熟和最重要的传感器之一，常用的电阻式传感器有电位器式、热敏效应式等类型。电阻应变式传感器的原理是电阻应变效应，弹性敏感元件受到外力作用
12、产生了形变，而应变计在上面，而且随发生变形，电阻应变计的变化导致了电阻值增加或减少。经过专门的测量电路把电阻变化变成了电信号。应变片主要有金属电阻应变片和半导体应变片。金属电阻应变片就是利用了金属材料的电阻定律。应变片发生了变化，会导致其结构尺寸的变化，从而导致其电阻值的变化。 3-1金属电阻率，*m；l金属长度，m；A金属横截面积；m2r金属半径，m。半导体应变片是利用半导体的压阻效应做成的，半导体受到轴向外力导致其电阻率变化。其电阻相对变化为： 3-2为半导体应变片电阻率相对变化，与所受到的轴向应变力成正比， 3-3半导体压阻系数将式3-3代入中得： 3-4其中1+2随着几何形状变化，为压
13、阻效应，随电阻率变化，实验证明：是1+2的几百倍，因此可以把1+2忽略不计，这样半导体应变片的灵敏系数就应为： 3-5半导体应变片体积小，灵敏度高，频率响应宽，输出范围大，无需放大器，缺点是应变非线性比较严重。3.1.2传感器的选择 外界环境对传感器有很大的影响，如高温就能使传感器的焊点脱焊，弹性元件内结构发生变化，在潮湿的环境传感器很容易短路；在高腐蚀环境下弹性体的传感器很容易损坏或短路，在电磁场中容易使传感器输出信号紊乱等。由于显示结果是传感器的输出信号经A/D转换放大后得到的，所以还要求传感器的输出信号与显示电路的输入信号匹配。考虑到以上各种因素，本设计选用了应变片式传感器，它具有分辨力
14、高，能测出极微小应变；误差小，一般低于1%；动态响应好；尺寸小、重量轻，测量范围较大；测量结果便于传送、记录和处理；在磁场、放射性、化学腐蚀条件下采取一定措施仍能可靠工作；价格也比较便宜，品种多样。综合以上各种因素，本设计选用应变片式传感器，完全符合硬件设计要求。3.1.3电阻式传感器的测量电路本文采了用桥式测量电路，电桥桥臂由R1 ， R2 ， R3 ，R4组成，负载为RL。直流电桥的基本形式如图3.1所示。图3.1 直流电桥当RL ，电桥输出电压为U0 3-6U0=0时，电桥平衡 3-7电桥平衡的条件：平衡电桥的桥路中两相邻臂电阻值之比应相等，流过负载电阻的电流为0。在测量中用应变片代替第
15、一个桥臂的电阻R1，微小的应变导致了电阻阻值的微小变化，从而造成了电桥输出电压的微小变化，微小变化用放大器进行放大。放大器输入阻抗与电桥输出电阻的比值很大，电桥的状态视为开路。受到应变力时，我们假设应变片的电阻变化量为R1，其它桥臂不变，则输出电压U00。 3-8假设桥臂比用n来表示，则n=R2 / R1，由于R1 R1，R1/ R1可忽略，又有平衡条件R1R4=R2R3，可得到： 3-9电桥电压灵敏度定义为： 3-10由上式可知：电桥电压灵敏度和电桥供电电压成正比，供桥电压越高，电桥电压灵敏度越高。但受到应变片功耗的限制，应适当选择电压；其次，还应适当选择桥臂比n的值，才能保证较高的电压灵敏
16、度。当供桥电压E确定后，由求最大值， 3-11当n=1时，最大，即供桥电压确定后，桥臂电阻R1等于R2，桥臂电阻R3等于R4，这时电桥能达到最高的电压灵敏度。上式简化为： 3-12 3-13 3-14由上式知，电源电压E和电阻相对变化量一定时，电桥输出电压和灵敏度也是一定的，和桥臂阻值无关1。3.1.4非线性误差及其补偿方法理想情况下，可以假设应变片参数的变化量很微小，以至于可以忽略掉R1/ R1。实际情况应按照3-12计算，此时3-8输出电压U0和R1/ R1是非线性的。在理想情况下，记输出电压为。非线性误差为： 3-15减小非线性误差可用这些方法：增大桥臂的比n=R2/R1可降低非线性误差
17、，与此同时降低了电压灵敏度；采用差动电桥，有半桥差动和全桥差动，差动电桥完全没有非线性误差。半桥差动电路=1/2E，全桥差动电路=E，而采用单片=1/4E，采用全桥差动电桥比用单片应变片提高了4倍，比半桥提高了2倍。通过应变片式传感器实现了压力信号转换为电信号，通过差动全桥接法，减小了误差。3.2 A/D电路的设计3.2.1芯片的选择在整个设计中，A/D模块起着非常重要的作用。传感器输出的模拟量必须经过A/D的放大后变为数字量才能供单片机处理，因此必须选择好适当的A/D转换芯片。本文要使A/D模块具有强抗干扰能力，很快的响应速度，良好的稳定性。在现有的芯片市场中，HX711就是不错的选择。3.
18、2.2 HX711芯片介绍HX711是一个高精度的24位A/ D转换器芯片，专门用于电子秤。相比与其他相同类型的芯片，芯片集成稳压电源，芯片上的时钟振荡器和其他所需的相同类型的芯片外围电路、集成程度高的优势，响应速度、抗干扰能力强等。降低了成本，提高了性能和可靠性。接口和编程的芯片和控制芯片的后端很简单，所有的控制信号是由管脚驱动，不需要编程芯片内部的寄存器。输入选择开关可以任意选择通道A或B，低噪声程控放大器和内部连接。通道可编程增益为128或64，全部金额对应的差分输入信号幅值20 m V或40 m V。B通道是固定的64获得系统参数检测。芯片提供稳压电源可以直接提供电源到外部传感器和A
19、/ D转换器芯片，系统板不需要模拟供应。时钟振荡器芯片不需要任何外部设备。自动上电复位功能简化了初始化启动的过程2。3.2.3芯片特点有两个差分放大输入通道可供使用；内含稳压输出，可以用来直接向内外提供VCC，在该电路里可以给传感器和内部放大电路供电；提供了32、64、128倍放大增益，可通过MUL选取，其中A通道提供了32、128倍增益，B通道固定64倍增益；具有片内时钟振荡，还能选择片外时钟输入；无需额外复位电路，上电自动复位电路；控制与通讯简单通过 PD_SCK管脚直接输入，且芯片无需编程；输出速率可选择10Hz或80Hz；拥有抑制同步频率50Hz的电源干扰；工作电压范围2.65.5V工
20、作温度范围-2085。HX711引脚说明如表3.1所示。表3.1 引脚说明表引脚编号引脚名功能注释1VSUP电源提供2.65.5V稳压电源2BASE模拟输出稳压电路控制输出3AVDD电源模拟电源2.65.5V4VBF模拟输入稳压电路控制输入5AGND地6VBG模拟输出7INA-信号输入通道 A 负输入端8INA+信号输入通道 A 负输入端9INB-信号输入通道 A 负输入端10INB+信号输入通道 A 负输入端11PD_SCK控制输入串行通讯口，选取增益12DOUT信号输出输出转换后的信号13X0数字输入外部晶振输入14X1数字输入选取时钟类型15RATE数字输入选取输出频率16DVDA电源数
21、字电源: 2.65.5V3.2.4 HX711串口通讯 串口通讯线由管脚PD_SCK 和DOUT 组成，用来输出数据，选择输入通道和增益。当数据输出管脚DOUT 为高电平时，表明，A/D 转换器输出数据功能还没有准备好，这个时候的串口时钟输入信号PD_SCK 应该为低电平。当输出由高到低，PD_SCK应输入25到27不等于时钟脉冲，此时第一个时钟脉冲的上升沿将会读出输出24 位数据的最高位，一直到第24个时钟脉冲完成，直到完成24个时钟脉冲，24位数据输出从最高到最低逐位输出。25到27的时钟脉冲是用来选择下一个输入通道和A / D转换增益3。如图3.2和表3.2所示。图3.2 时钟脉冲图图3
22、.3表3.2 时刻注释表符号说明最小值典型值最大值单位T1DOUT下降沿到PD_SCK脉冲上升沿0.1sT2PD_SCK脉冲上升沿到DOUT数据有效0.1sT3PD_SCK正脉冲电平时间0.250sT4PD_SCK负脉冲电平时间0.2s3.3控制芯片3.3.1芯片的选择 单片机种类繁多，各种型号应用环境也不同，选用时考虑了单片机的性能、存储器、I/O接口、工作电压、运行速度、串行接口、功耗、是否容易开发，编程器的选用是否方便，还有开发成本等因素，基于此，本设计选用了STC89C52单片机作为控制芯片。89C52与其他芯片相比，具有价格便宜，速率快，直接可以用串口下载程序，兼容性良好等特点。 3
23、.3.2芯片介绍STC89C52是INTE公司MCS-51系列单片机中基本的产品，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它是一种采用CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机4。52结合了CMOS的反应速度快和高密度技术及低功耗的特性，它使用的是标准的MCS-51单片机体系结构与指令系统，相当于89C51的增强版，在51基础上又具备了时钟输出和向上或向下计数器等功能，适合于很多控制场合。它由中央处理器，内存系统、定时/计数器、串并行接口、终端系统以及特殊功能寄存器集成的。它的体系结构图如图3.3所示。图3.3 52单片机体系结构图它有4个8位的并行I/O接口分别是P0口，P1口，P2口和P3口，
24、一共算起来有32根I/O口，并且每一根I/O都能够单独的拿来作为输入或输出。它还有一些第二功能的引脚 ，如P10（T2）、P11(T2EA)、P17(SCK)、等等。引脚说明如图3.4所示。图3.4 52引脚说明图引脚介绍1 输入输出引脚（P0P3口） P0端口是一个双向I/O口(8位漏极开路)，它可以用来当作输入口，也能当作输出口，又可作为地址数据用。 P0口做I/O口使用时，此时控制端ALE应为低电平。当它做输出口使用时应接10K上拉电阻不然无法输出高电平。当它用作输入口时；在输入操作前应该先写入一个1，这是因为内部直接和场效应管，锁存器链接时，如果输入锁0，它的输入不能为高水平。P0口的
25、8位地址和数据总线使用；在高水平的控制终端。在这种模式下，P0端口与内部引体向上。在这种情况下工作的8位地址和数据行P0口点使用。在对Flash内存进行编程、校验时输入或输出代码使用；此时需加上拉电阻。 P1口为准双向口。 P1口当成通用I/O口来使用，作为输出的时候不需要加上拉电阻，但是当作输入使用时要先写入1，才能完成输入操作。P1口还有其附加第二功能，P1口还能够对Flash内存编程、校验时接收低8位地址。p1口第二功能如表3.5所示。表3.5 P1口第二功能说明引脚P10P11P15P16P17附加功能T2（计时器2外部输入端）T2EX（计数器2外部触发端）MOSI(串行数据输入)MI
26、SO(串行数据输出)SCK(串行时钟输入) P2口是一个内含上拉电阻的准双向口。P2口作为普通I/O口使用时，被当作高8位地址总线口使用；可以能够在对Flash内存进行编程、校验的时候接收高8位的地址，还能接收一些控制信号。 P3端口是准双向口多用。与P0 I / O使用时没有区别，但第二个引线应该保持高电平，保持输入输出通畅；可接收一些控制信号；第二功能实际上就是具有控制功能的总线，此时如需要输出信号先要置1，其第二功能说明如表3.6所示。表3.6 P3口第二功能说明引脚P30P31P32P33P34P35P36P37功能RXT 串行输入TXT 串行输出INT0 外部中断0INT1外部中断1
27、T0定时01外部输入T1定时器1外部输入WR外部数存写选通RD外部数存读选通3.3.3控制引脚 RST复位引脚： 振荡器运行时，RST发生在2周期的高水平将使芯片复位，看门狗定时溢出后RST保持98个振荡周期高电平后复位。ALE/PROG地址锁存允许，PSEN外部程序存储器选通信号。 用于度外部程序存储器选通信号，低电平有效， EA外部程序存储器访问允许端/编程电源输入端。 EA接地单片机从0000HFFFFH的外部程序内存中读取代码，EA接VCC单片机先从内部程序中读取，后自然转向外部。外接晶振引脚XTAL1 XTAL2；外部晶体振荡器XTAL1，XTAL2信号悬挂。3.4电源部分设计3.4
28、.1稳压芯片的选择 由于工作环境复杂，考虑到硬件使用的方便性与可靠性，需要对电源进行处理，本设计需要一种稳压芯片，做成稳压电源。而LM7805在稳压方面的应用十分广泛，它具有过热、短路、输出晶体管SOA保护等特点，输出的电压和电流分别为5V和1A，符合我们所需要的要求。3.4.2稳压芯片介绍LM7805连续三个电源稳压电路，它形成的封装形式为TO- 220 / D-PAK。它的输出电压具有某些固定的值，应用非常广泛。由于不同类型的内部限流保护和过热保护和安全区域，以便它基本上不会损坏。如果能够加上一个适当的散热片，它可以提供输出超过1安培的电流。外部设备访问适当的时候，可以实现不同的电压和电流
29、。3.4.3稳压电路的设计220V电压经变压器下降后通过整流电路接入LM8705芯片，电容C1的作用是防止由输入引线较长而带来的电感效应所产生的自激振荡以及减小纹波；C2降低了由于负载电流和瞬时变化引起的高频干扰；C3为大容量的电解电容，旨在进一步减少输出纹波和低频干扰；DI是一个保护二极管，单端输入短接的时候，与C3构成放电回路，以免LM7805PN结被击穿而损坏，该电路可输出稳定5V 电压。稳压电路图如图3.5所示。图3.5稳压电路图3.5显示电路3.5.1液晶显示模块的选择128*64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显
30、示模块；其显示分辨率为12864， 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集5。模块接口简单、灵活、方便的操作指令，可显示汉字，也可显示图形，其功耗低，其显示模块的构成与相同类型的显示模块相比较而言， 硬件电路结构和程序非常简单，价格低于相同模块的点阵液晶显示模块。3.5.2 LCD128*64介绍LCD12864液晶显示模块是有8位标准数据总线、6条控制线及电源线，可显示各种字符图形及汉字的点阵型液晶显示模块。它的V cc（逻辑工作电压）在4.5到5.5V之间，0到-10V的驱动电压在范围。引脚功能如表3.7所示。表3.7 引脚功能脚号管脚电平功能注释1VSS0V
31、模块电源接地2VCC35V模块电源3V0-LCD驱动电压输入端4RS(CS)HL并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号5R/W(SID)HL并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)HL并行的使能信号；串行的同步时钟714DB0DB7HL数据口15PSBHL并行接口选择；H-并行，L-串行；16NC-空脚17RESETHL复位 低电平有效18VOUT-LCD驱动电压输出端19LED-A5+V背光源正极20LED-K0V背光源负极3.5.2 LCD12864应用说明使用12864显示模块时应注意：在某个位置显示汉字，设置显示字符的位置，也就是说，第一组显示地址，然后写汉字编码。2字节字符的
32、代码，高字节应该先被编写，低字节再被编写。处理器模块接收指令之前，必须先确认模块内部在非繁忙状态，即读符号BF标志的时候BF应为 “0”，可以接受新的指令。如果在发送一条指令之前不检查BF的标志，在之前的指令和指令之间必须被推迟很长一段时间，也就是说，等待命令确定完成执行。“RE”是扩展指令集选择控制位的基本指令集，当改变“RE”后，指令集仍将保持在最终状态，除非在“RE”再次发生改变，或使用相同的指令集，不需要每个都重置“RE”。3.6键盘输入键盘输入是系统一个重要组部分，它是人机交换的核心组成。键盘由许多个按键组合而成，我们根据其使用功能的确定了需要的按键的个数。按键如图接线其中片P27P
33、25为高电平，P24P21为低电平，当我们按下按键的时候，按键所在的行会变为低电平，所在列也会变为低电平，由此我们能检测到按下的按键所在的位置。其中单个按键用来打开中断启动键盘功能。该设计中键盘需要实现以下几个功能；转换系统功能该测重量，输入功能，清零功能。键盘接线如图3.7所示。图3.7键盘接线图3.7小结本章为硬件设计的主体部分，交代了选用各种硬件的原因，介绍了各个模块的基本功能，使用方法和硬件的特点特性，以及某些硬件的引脚接线方式，系统的描述了整个硬件设计的步骤和方法，完善了本设计的硬件设计，满足了设计要求。4 程序设计4.1主程序的设计在测量时是采样多出求平均视密度，本设计中以3个采样
34、点作为事例，通常测量时使用的是固定容器取样(固定容器质量与容积)。主要思路是，在系统上电以后，首先要对LCD128的初始化及系统的清零设置。使用扫描的方式检测是否需要测量，当需要测量时，系统会检测一个较大的数据输入。在测量时，因为要对多个样本测量，因此对C52而言有多个数据的输入。考虑到输入的时间间隔问题采用了如下措施，采用了不间断扫描的方式查询HX711的输入。在对所有样品都完成了采集后计算出各组对应的密度与平均视密度。得到结果后使用了多种形式的显示方式，使得显示结果清晰明白。主程序流程图如图4.1所示。图4.1 主程序流程图包含以下几部分： (1)LCD128的初始化在上电后需对进行LCD
35、128的初始化，由初始化流程图先写入30H，对它进行功能设置，延迟超过100us后，重复一次确保指令已写入，延迟超过37us后接着写入0E开始对它进行显示设置， 延迟超过100us后输入01H，清空显示屏，最后关闭结束初始化。其流程图如图4.1所示。图4.1液晶初始化流程图当系统上电后需要进行对系统本身带来的初始非零量进行归零设置。对于设计而言这个非零量是不需要的量，需要在数据处理时要将这一部分除掉。主要设计的思想是在对LCD初始化完成后的10s内进行归零设置，先采集一个循环的数据，在对这组数据处理后将其记录下来，在以后的数据处理玩成后减去这个值就会得到准确的视密度。(2) 系统归零清零设置是
36、一个十分有必要的过程，假若没有进行清零，会对准确性造成不可估量的误差。在系统上电后，单片机会由于程序运行顺序会很快调用清零子程序对系统进行清零。(3)数据采集 数据采集主要就是HX711与STC89C52的数据传输，即在信息采集完成后把HX711转换好的数据传输给单片机。 在这一过程中，主要解决的是两者的通讯问题，由于HX711只有DP_SCK与DOUT两个脚参与通讯，故它只有串行通讯模式。PD_SCK作为了时钟信号，来控制每个是简单的操作对象，DOUT集合了使能端与数据端的作用。当数HX711无法进行输出数据时，管脚DOUT输出高电平，此时时钟输入信号PD_SCK需保持低电平以避免造成通讯混
37、乱。当DOUT从高电平变低电平表示数据转换完成，STC89C52可以从中读取数据了。单片机检测到DOUT低电平保持一段时间后就可以开始读数，此时PD_SCK输入24个时钟脉冲，DOUT从高到低逐次输出各位数据。在第每个时钟脉冲的高电平期间HX711输出24位数据的一位，直至第24位逐次输出完成。一个输出周期过后DOUT会保持为高电平一直到下个输出周期。数据输出完成后是对下一次增益的选择，通过接着脉冲输入的个数来控制，一共选择3种(一个脉冲数A通道128增益，二个脉冲个数B通道64增益，三个脉冲数A通道32增益)，选择完成后PD_SCK应保持低电平直至下个输出周期。完成一次通讯，为了确保采集数据
38、的准确性，需要进行多次采集数据，在实际编写时需要多次调用该函数来获取多组数据。其中从A通道采集的数据是测量信号，而从B通道采集的数据是电源参数检测信号。(4)数据处理 为了得到真实的结果，对数据的处理时，主程序设计上采用了取多次数据求平均值的方法，在数据处理期间需要对采集数据进行筛，剔除明显错误的数据，此外而且使用了依据B通道的数据对实际电压与电压设定值的差值进行一定纠而补偿由电压变化带来的误差。(5)结果显示使用LCD1286为主要显示途径，二极管为辅助输出的方式输出数据。由于有正负极两个标准所以在，其中二极管主要是标示结果是偏高还是偏低，而LCD1286是显示具体测量结果。通过PSB的高低
39、电平选择12864并行通讯。先是RS置高电平，等待一会儿后R/W由高变低准备开始数据传输，如可以传输则使能端e由低变高开始数据传输，数据写完后各电平恢复，将想要显示在的行的首地址输入LCD12864。延迟一段时间后，当需要输出字符对应的数据准备好后RS置低电平，R/W由高变低准备开始数据传输，如可以传输则使能端e由低变高开始数据传输。数据写完后各电平恢复。将要输出的字符对应数据输入LCD12864。4.2扩展程序设计在中断中扩展了设计的基本功能，提供了基本的称重功能，查询当天测量的有限次数的结果，以及不合格产品调整的反馈。中断中主要包含了以下的块。(1)键盘扫描(2)称重功能(3)提供修改方案
40、由于在实际生产中往往不会一次就可以达到预期的目标，需要对他进行不调整。当铅膏视密度不合格时，可以由工人输入在接下来的加工中所需要添加的各部分材料的配比（该表可以通过经验总结出来）与该次样本的总生产量来求出需要添加材料的具体量。当需要使用该功能时再打开功能扩展键后打开该功能键，先输入总生产量，再依次输入材料与配比，输入完成后关闭功能键。单片机得出结果后，衣格式输出结果。（4）查询功能在实际情况中可能会对以往测量结果进行查询，设计提供了可查有限次数的结果查询。4.3 HX711输出参数的确定本节主要为软件部分，主要完成了显示模块的初始化和清零过程，阐述了系统对数据的采集与处理。在设计时为了计算视密
41、度需要确定压力和参考电压与A/D输出量的对应关系。对系统系进行了以下测试：（1） 对压力的定标在硬件接线上先使用5v稳压电源，并断开B通道，检查电路接线无误后。将调试程序1烧写至C52，后就可进行对压力的定标调试。准备完成后，在应变片上衣次按20g递加从0到5Kg添加砝码，逐次对应记录在显示屏上的数据，得到数据后由最小二乘法计算出对应的线性关系。（2） 对参考电压的定标在硬件上断开A通道并使用10v稳压电源串联两个变阻箱分压后作为电源使用进行电压参数的定标，将调试程序2烧写至C52，后就可进行对电压参数的定标调试。调试时，调节变阻箱，使接入的电源电压从4V到6V按每次0.2V的电压递加，并逐次
42、对应记录显示屏上的数据，由最小二乘法计算出对应线性关系。由于线性对应的关系，通过测试后就可得到HX711的两个输出通道输出数据与实际情况的对应关系，进而可以准确计算出视密度。4.4小结软件设计实现了基本功能和简单的扩展功能。在基本的视密度检测功能中，对数据的处理完全按照实际测量的要求进行的编写，而且设置了多种程序对可能出现的问题进行识别并剔除。在扩展功能中，修正建议可以减去不必要的计算，查询可以对合膏中各阶段视密度进行有效地记录。5总结当前铅膏视密度的测量方法一般是用振动台取样，再用托盘天平测量质量，最后计算视密度。使用天平，使得测量数据较多，测量步骤较多，导致了出错的可能性较大，而且计算量大
43、。为了解决，目前在铅膏生产过程中对视密度检测过于复杂的问题，而做了本设计。本设计有以下特点：在硬件方面，主要解决了系统的电源，信号的测量、放大、A/D、MUC等的选型与接线构成系统的硬件构为后续的软件设计提供了硬件支持与基础。硬件设计方面具有结构简单、成本低廉、操作简单等优点。由于使用的都是市场上常用的电子器件，价格便宜，易于购买和使用。在测量的时候使用天平操作繁琐，出现人为误差的可能性较大；但使用该设计进行测量可以很好的简化操作的步骤，并可以尽可能减少人为错误。在软件设计方面，该设计在拥有基本测量功能后，进行了一些功能的扩展，拥有了查询，反馈建议等功能。使得对测量结果的处理更为方便，可以进一
44、步减少工作量。本设计采用了以STC89C52单片机为控制芯片，用压力传感器收集数据，结合A/D转换器、液晶显示128*64制作出了一种高精度的视密度测量仪器。解决了在铅膏视密度测量中对样品视密度测量是使用普通测量仪器操作繁琐，减少了测量时候的技术量，从而可以很好的避免了人共计算时可能出现的错误。总体上来说，本设计检测精度高、测量速度快，解决了人工测量引起的误差，提高了生产效率。参考文献1 赵玉刚,邱东.传感器基础M.北京:中国林业出版社,2006.2 吴玉林,方鹏斌,严黎华.简易数字电子秤的设计J.咸宁学院学报,2010,30(12):11-12.3 江杭军,朱型存,施烨凯等. 基于单片机数字式智能电子热量称的设计J. 电子世界, 2013, (17):138-138.4 杨小华,吕新民,