51單片機下的數(shù)字電子秤設計

文/楊社鼎

上個世紀五十年代，電子技術得以產(chǎn)生并被用于多個領域，部分研究人員將電子技術應用到稱重器械中，進一步促進了稱重器械的發(fā)展。此后，電子秤的發(fā)展得到加速。我國的電子秤發(fā)展較快，并在較短時間內(nèi)達到國際先進水平。需要注意的是，我國的電子秤與西方先進設備相比，依然存在一定局限性和差距，具體表現(xiàn)為工藝水平較低、電子秤技術開發(fā)發(fā)展不足等，電子秤功能相對匱乏等。

1 設計需求

對物品的稱重計量是社會生活和工業(yè)生產(chǎn)等活動過程中非常關鍵的一個環(huán)節(jié)，為了達到良好的稱重計量效果，需要使用科學有效準確的稱重設備或者裝置。隨著社會生產(chǎn)的進一步發(fā)展，以及商品流通的進一步擴大，需要使用稱重計量的場合和環(huán)節(jié)越來越多，而且對各種稱重器具的要求也越來越多樣化。這種情況下，為了適應市場需要，各種新的稱重計量器具得到設計和生產(chǎn)，并發(fā)揮出積極作用。傳統(tǒng)的稱重計量器具一般是機械杠桿秤，這種機械杠桿秤操作不便，而且功能單一，已經(jīng)難以滿足實際稱重需要。

近年來，基于傳感技術和電子技術的發(fā)展和應用，一種新的稱重設備電子秤得到設計和制造，并在社會社會和生產(chǎn)活動中得到有效應用。電子秤應用簡單，功能多樣，而且操作簡單，具有良好的實踐應用效果，因此得到廣泛應用，逐漸取得傳統(tǒng)的機械電子秤。隨著微處理機的發(fā)展以及應用，這也促進電子稱重技術得到進一步發(fā)展，促使電子秤的應用效果更上一層樓。在使用過程中，電子秤具有稱重快速準確的特點，而且操作很簡單，同時稱重過程中一般不會出現(xiàn)較大誤差，具有良好準確性。不僅如此，電子秤還具有多種功能，能夠滿足多種實際稱重需求。當前電子秤已經(jīng)在社會生活的各個領域得到廣泛應用，并為人們帶來良好的社會效益和經(jīng)濟效益。另一方面，當前社會生活以及生產(chǎn)活動過程中，對于稱重的要求進一步提高，尤其是針對稱重的精準性提出了更高要求，這就需要稱重儀器具有更高的抗干擾能力和更好的稱重精度。

近年來，基于51 單片機的電子秤得到有效研發(fā)和應用，而且能夠達到更高的精度，不僅如此，這種電子秤自身質(zhì)量較小，可以方便攜帶和使用，不僅如此，這種電子秤還可以實現(xiàn)對物品的價格計算，可以為人們提供方便快捷的稱重和計價服務。這種電子秤功能多樣，操作簡單，能夠滿足常見的商業(yè)活動和社會活動過程中的稱重需要。

作為最常見的稱重工具，傳統(tǒng)的機械秤逐漸被更加便捷的電子秤取代，這是因為電子秤功能更多，使用更加方便，而且其準確性更高。在電子秤的稱重過程中，需要綜合應用單片機、傳感器、轉(zhuǎn)換器、顯示器等元件，從而達到準確的稱重效果。電子秤在使用過程中，誤差較小，而且操作簡單，極具實用性，因此得到大范圍使用，并得到人們的喜愛?；诖?，功能多樣、使用便捷、成本較低的電子秤將得到進一步發(fā)展和應用，具有良好發(fā)展前景。

本文設計基于51 單片機的電子秤，這種電子秤具有多種功能，除了最基本的稱重，還能夠?qū)崿F(xiàn)去皮、計價、設定稱重物品單價、計算貨物總價、物品過載報警等功能。根據(jù)設計，電子秤的稱重范圍在0-5 千克，實踐過程中其稱重精度能夠達到1 克，稱重過程中誤差范圍為0.04%。根據(jù)設計，電子秤的使用非常簡單，只需要將需要稱重的物品放在對應的托盤上，顯示器將自動顯示其重量；不僅如此，本電子秤還具有單價和總價計價功能，因此能夠根據(jù)需要對各種物品進行計價，極具實踐操作價值和實用價值。此外，電子秤能夠達到一個較長的使用年限，而且可以用于多種稱重環(huán)境和場合，應用范圍廣，如常見的商場、菜場、超市等，均可以科學有效應用電子秤。

2 電子秤總體方案設計

稱重范圍：不超過 5Kg

測量精度：≤ 0.001Kg

顯示方式：物品重量，物品的單價和金額在液晶屏上顯示。

使用操作：鍵盤輸入數(shù)據(jù)，操作簡單方便。

特殊功能：具有去皮功能；當稱重秤重超過電子秤的量程時，具有超重報警功能。

3 系統(tǒng)設計

3.1 硬件方案

基于51 單片機的電子秤主要由以下幾個元器件組成：稱重傳感器、24 位A/D 芯片Hx711 電路、矩陣鍵盤、單片機主控芯片、電源系統(tǒng)和液晶顯示器。

其中稱重傳感器能夠?qū)ξ锲分亓M行檢測并輸出對應的電壓信號，電壓信號到達24位A/D 芯片Hx711 電路以后，由芯片和電路對其進行調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換；系統(tǒng)內(nèi)部單片機與電路直接通信，因此在這個過程中單片機能夠讀取相應的數(shù)據(jù)，然后由單片機實施對應的計算和轉(zhuǎn)換，最終通過液晶顯示屏顯示最終稱重結(jié)果和相應數(shù)據(jù)。矩陣鍵盤用于輸入具體商品的單價，方便計算其總價，計算結(jié)果以數(shù)字形式顯示在顯示器上。電源負責給整體系統(tǒng)送電，為系統(tǒng)運行提供電力。

3.1.1 測量模塊

電子秤的稱重測量采用已經(jīng)比較成熟的方法進行，具體來講，電子秤的稱重傳感器使用雙孔梁式傳感器，在這個系統(tǒng)中，一共擁有4 片電阻應變片，將其緊緊粘貼在雙孔梁的對應區(qū)域，在這種設備的作用下，電子秤實施稱重的時候，雙孔梁會因為物品的重力以及底盤的支持力產(chǎn)生作用，這個過程將導致對應平行四邊形發(fā)生變形，在這種變化的作用下，4 個應變片連接的電橋在電壓的激勵下會根據(jù)重量的不同產(chǎn)生對應的電壓信號，信號經(jīng)過傳輸和處理，將得到最終的稱重數(shù)據(jù)結(jié)果。

3.1.2 AD 轉(zhuǎn)換模塊

5 千克壓力傳感器，電路會對相應電壓進行采樣，并利用自身的通道對其進行增益，這種情況下可以將5mv 的電壓放大到128 倍，最終得到相應的輸出值，最終由單片機對其進行讀取，得到最終數(shù)據(jù)。

3.1.3 信號處理及顯示模塊

電子秤內(nèi)部具有一個綜合處理器，其任務包括具體的數(shù)據(jù)計算、中心處理等，同時還需要對電子秤的各個模塊進行有效協(xié)調(diào)和處理。矩陣鍵盤和液晶顯示屏為使用者進行調(diào)節(jié)提供了平臺，方便人們根據(jù)自身需要對相應內(nèi)容進行調(diào)整；單片機負責讀取相應的數(shù)值，將物品的質(zhì)量以及單價總價等數(shù)據(jù)進行綜合呈現(xiàn)，并在液晶顯示屏上進行展示。

3.2 軟件部分

電子秤的系統(tǒng)使用C 語言進行編寫，為了確保系統(tǒng)能夠滿足實際需要，在編寫過程中，首先需要對轉(zhuǎn)換模塊、矩陣鍵盤、顯示屏等實施初始化操作，在此基礎上將壓力傳感器得到的數(shù)據(jù)進行傳輸，為系統(tǒng)計算得到最終的數(shù)據(jù)打下基礎。不僅如此，還需要為用戶設計對應的操作內(nèi)容，如根據(jù)需要改變單價、實施去皮操作等。電子秤的系統(tǒng)控制中心，不僅負責完成稱重操作，還需要完成具體信息的獲取計算和輸出，最終完成相應的稱重實踐作用和效果。

3.3 稱重傳感器及其原理

稱重傳感器是一種把重量轉(zhuǎn)換電信號的元件。按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)類型，可以分直接位移傳感器和應變傳感器。稱重傳感器有多種類型，通常使用有以下幾種：電阻應變型，電容型，壓電型，諧振型等。經(jīng)過比較以上幾種類型，電子秤的稱重傳感器選用電阻應變型傳感器。電阻應變型壓力傳感器主要由彈性體，應變儀電纜等組成，內(nèi)部電路采用惠更斯電橋電路。

3.4 單片機和AD轉(zhuǎn)換器的選型

采用 STC89C51 單片機作為電子秤的主控芯片。采用 HX711 芯片作為電子秤的 AD 轉(zhuǎn)換芯片。

3.5 液晶屏的選擇

采用 LCD 可以設定顯示重量，單價，金額等，還具有功耗低、顯示直觀，抗干擾能力強的特點，其顯示技術已得到廣泛應用。根據(jù)實際情況，決定選用 LCD1602 作為電子秤的顯示屏幕。

電子秤應用簡單，功能多樣，而且操作簡單，具有良好的實踐應用效果，因此得到廣泛應用，逐漸取得傳統(tǒng)的機械電子秤。隨著微處理機的發(fā)展以及應用，這也促進電子稱重技術得到進一步發(fā)展，促使電子秤的應用效果更上一層樓。在使用過程中，電子秤具有稱重快速準確的特點，而且操作很簡單，同時稱重過程中一般不會出現(xiàn)較大誤差，具有良好準確性。不僅如此，電子秤還具有多種功能，能夠滿足多種實際稱重需求。當前電子秤已經(jīng)在社會生活的各個領域得到廣泛應用，并為人們帶來良好的社會效益和經(jīng)濟效益。另一方面，當前社會生活以及生產(chǎn)活動過程中，對于稱重的要求進一步提高，尤其是針對稱重的精準性提出了更高要求，這就需要稱重儀器具有更高的抗干擾能力和更好的稱重精度。

要想得到一個高效準確的智能電子秤，需要從各個方面進行控制，包括常見的硬件以及系統(tǒng)軟件控制，需要各個環(huán)節(jié)的分工與合作，基于此本次設計取得良好效果。