便攜式防水藍牙電子秤設計

姚遠+周偉+鮑承毅+彭磊+王秋菊

摘 要：隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外快遞業(yè)務中包裹的實時稱重需求，加上快遞物流過程中對物品掉包、丟包現(xiàn)象的監(jiān)測，以及具有較大空氣濕度等場合的稱重，都亟需開發(fā)一種便攜式的防水藍牙電子秤?；谒{牙無線通信技術(shù)，以單片機STC89C52為控制核心，外加數(shù)據(jù)采集、放大電路、鍵盤顯示、電源部件、防水外殼等，實現(xiàn)了一種便攜式的防水藍牙電子秤的軟硬件設計。該電子秤具有便攜、壽命長、防水、無線傳輸?shù)葍?yōu)點，具有一定推廣應用價值。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：藍牙通信；電子秤；單片機；無線通訊技術(shù)

DOIDOI：10.11907/rjdk.161515

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）008-0059-03

0 引言

電子秤是一種利用傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計算機技術(shù)開發(fā)的電子稱量裝置，它可以快速、連續(xù)、自動、精準地進行稱量，并且能高效地消除人為方面的誤差。電子秤已廣泛應用于社會生活、工商貿(mào)易、能源交通、冶金礦山、輕工食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、航空航天等不同領域[1]。傳統(tǒng)的電子秤主要是實現(xiàn)稱量實時獲取重量數(shù)據(jù)，而在一些具有RS232/以太網(wǎng)通信接口的電子秤傳輸稱重數(shù)據(jù)時由于采用電纜通信，因而具有電纜鋪設麻煩、移動稱量不便的缺點[2]。隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)具有無線通信接口的電子秤，促進數(shù)據(jù)通信向無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展，具有現(xiàn)實意義[3]。特別是隨著國內(nèi)外快遞業(yè)務的發(fā)展，快遞包裹隨時隨地收發(fā)過程中的便捷稱重需求，快遞物流過程中對物品掉包、丟包等現(xiàn)象的監(jiān)測[4]，以及具有較大空氣濕度等場合的稱重[5]，都亟需開發(fā)一種便攜式的防水藍牙電子秤，該電子秤的成功開發(fā)將具有極大的社會應用價值。

本文在藍牙無線通信技術(shù)的基礎上，以單片機STC89C52為控制核心，外加數(shù)據(jù)采集、信號放大、鍵盤顯示、電源電路、報警電路、防水外殼等實現(xiàn)了便攜式防水藍牙電子秤設計，系統(tǒng)框架如圖1所示。其原理如下：當被測重物加載在秤盤上時，位于秤盤下方的稱重傳感器將產(chǎn)生與被測載荷成正比的微弱電壓信號，該電壓信號經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后送至單片機，單片機處理后由多位數(shù)碼管顯示被測物體的質(zhì)量，可通過薄膜矩陣鍵盤電路選擇電子秤的不同功能和輸入單價等，重量數(shù)據(jù)等信息可實時顯示在LED模塊，并可通過藍牙接口無線傳送至終控電腦、手持式平板電腦、PDA、Android等終端設備。

1 便攜式防水藍牙電子稱硬件設計

1.1 單片機核心板設計

系統(tǒng)控制器選用51系列單片機STC89C52，具有8KB Flash存儲器，可通過USB串口適配器對單片機程序進行下載及燒寫[6]。接口設計如下：P0.0-0.7為LED八段驅(qū)動口，P1.0-1.2為LED驅(qū)動芯片TA6932的數(shù)據(jù)通信口；P2.0-2.3為鍵盤的行線，P2.4-2.7、P1.3-1.4為鍵盤的列線；P1.5-1.6為AD數(shù)據(jù)接口， P1.6為報警接口；P3.0-3.1為藍牙通信接口。

1.2 稱重傳感器選擇

電阻應變式壓力傳感器具有穩(wěn)定性好、壽命長、精度與靈敏度高等特點[7]，因此選用的是電阻式應變片鋁制壓力傳感器（最大40Kg），其梁內(nèi)粘貼有多個應變片組成的電橋，可自動補償溫度變化帶來的影響，靈敏度是2.0±10%mv·v-1。

1.3 A/D轉(zhuǎn)換濾波電路設計

HX711是內(nèi)部集成有穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有集成度高、內(nèi)置增益控制、響應速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點[8]。HX711與單片機的連接十分簡單，只需要時鐘和數(shù)據(jù)口線，工作電路如圖2所示。

1.4 數(shù)碼管顯示電路設計

TA6932是LED驅(qū)動控制專用電路，內(nèi)部集成了MCU接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED驅(qū)動接口等[9]。數(shù)碼管顯示電路由TA6932驅(qū)動的16位共陰極數(shù)碼管組成，3組數(shù)碼管組分別顯示商品的重量（5位）、單價（5位）以及價格總額（6位）信息（其中重量數(shù)碼管組顯示的重量單位是g，單價和總額單位是分）。

1.5 薄膜矩陣鍵盤、報警電路設計

便攜式防水藍牙電子秤采用全密封粘貼4*6薄膜矩陣式鍵盤，有數(shù)字0～9，有清零、去皮、刪除、累加、多位存儲等功能按鍵，具防水防潮功能。

當測量重量超過量程（30Kg）時，便攜式防水藍牙電子秤的報警接口驅(qū)動蜂鳴器鳴響，報警燈亮。

1.6 藍牙通信接口設計

藍牙（Bluetooth）技術(shù)是一種短距離無線通信技術(shù)，它能簡化移動設備與因特網(wǎng)之間以及移動設備與移動通信終端設備之間的通信，從而使因特網(wǎng)與現(xiàn)代通信設備之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加快速與高效，為無線通信拓寬道路[10]。散式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)都支持點對點及點對多點之間的通信，工作在全球通用的2.4GHz頻段，采用時分雙工傳輸方案，可實現(xiàn)全雙工傳輸，其數(shù)據(jù)速率可達1Mbps，從而使移動用戶擺脫電纜的束縛，實現(xiàn)設備之間低成本的無線高效互連通信。

便攜式防水藍牙電子秤選用SH-HC-06藍牙通信模塊實現(xiàn)無線通信，該模塊采用英國CSR公司BlueCore4-Ext芯片遵循藍牙V2.0 + EDR藍牙規(guī)范，支持UART接口[11]。其中，單片機STC89C52的TXD、RXD

分別與藍牙模塊RXD、TXD相連。

1.7 電源供電設計

便攜式防水藍牙電子秤供電由變壓器、整流器、濾波器、穩(wěn)壓器、充電電路及低電壓報警電路等組成[12]。針對電子秤電池欠壓后繼續(xù)使用導致計量不準和電瓶壽命縮短的現(xiàn)象，設計了專門的電瓶電壓檢測電路，當電瓶電壓到低電壓閾值時，系統(tǒng)自動報警，提示充電。

1.8 便攜防水外殼設計

電子秤外殼采用ABS材料一次注塑成型，體積小、重量輕。在外殼的上蓋和下蓋之間采用U型槽扣合設計；在傳感器、電源線的進出線纜處采用密封膠墊封閉；在薄膜按鍵下設置有矩陣型U型導流小槽；由一整張開有透明窗口的面貼覆蓋顯示和按鍵部分。上述手段實現(xiàn)了防水防潮，進而保證電路板不被破壞。

2 便攜式防水藍牙電子稱軟件設計

2.1 主程序設計

便攜式防水藍牙電子秤的軟件采用C語言編寫，采用模塊化設計。主要模塊有：AD模數(shù)轉(zhuǎn)換、均值濾波、數(shù)碼管顯示、鍵盤掃描、超負荷報警檢測、防抖、藍牙通信等。其主程序流程如圖3所示。

2.2 無線通信設計

藍牙通信設計主要包括藍牙初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收以及斷開藍牙設備連接等幾個過程，其流程如圖4所示。

3 便攜式藍牙電子秤測試分析

便攜式藍牙電子秤的稱重范圍為0～30kg，分度值為1g，誤差不超過0.2%。參考國家標準《非自動秤通用檢定規(guī)程JJG555-1996》[13]，用M1級的檢定砝碼進行測試（實驗室砝碼），測試結(jié)果如表1所示。由測量數(shù)據(jù)可知，便攜式藍牙電子秤存在一定誤差，該誤差主要是秤重傳感器的誤差導致。

4 結(jié)語

便攜式藍牙防水電子秤借助藍牙通信接口，將稱重等信息傳送至電腦終端、手持式平板電腦、PDA、Android手機等終端設備，與條形碼系統(tǒng)相結(jié)合，配合ERP或物流管理系統(tǒng)，可提升工作效率，減少因人為疏失而造成的錯誤，可應用于倉儲管理、貨運速遞、物流等行業(yè)。該便攜式藍牙防水電子秤的手機APP正在開發(fā)中。

參考文獻：

[1]肖思寧.精密電子稱設計[J].廣西物理，2008，29（3）：28-30.

[2]魏小剛，劉力華.中控室斗輪機電子秤值可視化實現(xiàn)[J].設備管理與維修，2014（4）：53-54.

[3]梁凱.移動通信無線技術(shù)智能化發(fā)展探討[J].通信設計與應用，2015（22）：60-61.

[4]顧九春，劉璐，姚琛，等.快遞物流跟蹤信息交換模型及應用研究[J].計算機應用研究，2015，32（9）：2712-2715.

[5]何明晨.淺談防水秤的失效和改進措施[J].技術(shù)交流，2010（1）：45-47.

[6]李群芳.單片機原理、接口及應用-嵌入式系統(tǒng)技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2005：25-40.

[7]王曉紅.傳感器應用技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2014：15-50

[8]王小娟.基于HX711數(shù)顯稱重儀的設計[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學院學報，2015（1）：36-38.

[9]王學水，池金波，王巖慶.基于MSP430 單片機的多路水表采集與遠傳系統(tǒng)[J].棗莊學院學報，2014，31（5）：18.

[10]任艷玲.藍牙技術(shù)及其主要應用研究[J].信息科技，2008（3）：95-96.

[11]錢志鴻，楊帆，周求湛.藍牙技術(shù)原理、開發(fā)與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006：114-115.

[12]康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎-模擬部分[M].第5版.北京：高等教育出版社，2006：480-488.

[13]中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程，JJG555-1996非自動秤通用檢定規(guī)程[S].北京：國家技術(shù)監(jiān)督局，1996.

（責任編輯：孫 娟）