基于單片機(jī)的高精度電子秤

段生銳 唐思源 李培林

摘? 要： 隨著科技和社會發(fā)展，人們的生活發(fā)生日新月異的變化，生活品質(zhì)也在不斷提高，電子秤更新?lián)Q代的速度更是驚人，由以前沉重復(fù)雜變的靈活小巧，精度也不斷提高，最主要的是成為家家戶戶必不可少可靠的稱量工具，由于它的功能越來越豐富，越來越人性化，得到了廣大人民群眾的青睞，大街小巷都能發(fā)現(xiàn)它的身影。通過基于單片機(jī)的高精度電子秤設(shè)計，又進(jìn)一步的完善了傳統(tǒng)電子秤所存在的不足，更加方便了人們的生活。

關(guān)鍵詞： 傳感器;高精度;單片機(jī)

【Abstract】： With the development of science and technology and society， the life of people changing， the quality of life also in unceasing enhancement， electronic scale renewal speed is amazing， by previous heavy complicated flexible small， also improve accuracy， the main is to be a reliable weighing necessary tools for every family， because of its function is more and more rich， more and more humanized， got the favour of the people， the streets can be found. Through the design of high precision electronic scale based on single chip microcomputer， and further improve the traditional electronic scale existing shortcomings， more convenient people's life.

【Key words】： Sensor; High precision; Electronic scale

0? 引言

電子秤是配備有電子設(shè)備的秤。由于它們種類繁多，涉及貿(mào)易結(jié)算和保護(hù)消費者利益，因此受到世界各國政府的廣泛關(guān)注和重視。它被確定為該國希望強(qiáng)加的法律衡量工具。目前廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、手工業(yè)等領(lǐng)域，與人們的生活利益息息相關(guān)。隨著電子信息技術(shù)和高精度測量等技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的測量工具在形式、智能化、便攜性和準(zhǔn)確性等方面已經(jīng)不能滿足要求。只有不斷改進(jìn)和改進(jìn)設(shè)備，提高性價比，才能得到消費者和廣大公眾的認(rèn)可和青睞。

1? 系統(tǒng)功能描述及方案設(shè)計

1.1? 功能描述

（1）使用高精度的壓力傳感器使其測量范圍為精確到0-10千克。

（2）運用具有24位的轉(zhuǎn)換芯片對來自傳感器 的信號實行轉(zhuǎn)換。

（3）單片機(jī)主要控制芯片為STC89C52單片 機(jī)，用于實現(xiàn)稱重等功能。

（4）人機(jī)交互采用的是4*4矩陣鍵盤，操作起來方便。

（5）帶超范圍報警功能塊，配蜂鳴器和LED燈完成報警。

（6）系統(tǒng)采用USB供電，USB線也可串行下載。

1.2? 系統(tǒng)方案設(shè)計

整個系統(tǒng)由五個模塊，稱重傳感器模塊，A/D轉(zhuǎn)換器模塊，LED顯示模塊，矩陣鍵盤模塊和傳感器模塊。系統(tǒng)硬件電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，4×4矩陣鍵盤模塊，LED模塊和傳感器模塊;軟件模塊可分為一個主程序模塊，一矩陣鍵盤掃描模塊，一A/D轉(zhuǎn)換模塊和液晶顯示模塊。首先，由壓力變化所產(chǎn)生的電壓信號被測力傳感器收集，該模擬信號轉(zhuǎn)換成A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號，數(shù)字信號被發(fā)送到單芯片微型計算機(jī)，單芯片進(jìn)行相應(yīng)的處理。該過程控制液晶顯示器，然后顯示的信息要顯示給用戶[1]。

2? 硬件設(shè)計

單片機(jī)硬件圖如圖所示。

首先，利用重量傳感器對被測物體進(jìn)行檢測，并輸出電壓信號。該傳感器對信號進(jìn)行分析、調(diào)理和轉(zhuǎn)換。單片機(jī)采集測量數(shù)據(jù)，計算并輸出，然后將數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上。當(dāng)獲得被測物品的質(zhì)量后，用戶通過鍵盤輸入該物品的單價，該物品的總價則會在電子秤上出現(xiàn)。供電系統(tǒng)會給單片機(jī)、電路和傳感器供電，保證正常運行。

2.1? 稱重傳感器模塊

電阻應(yīng)變式稱重傳感器是彈性物體在外力作用下發(fā)生彈性變形，它的電阻應(yīng)變儀也一起變形，而應(yīng)變表的電阻值在應(yīng)變表變形后發(fā)生變化，由于應(yīng)變表在平衡橋型的情況下是連接在一起的，應(yīng)變表的電阻值的變化會導(dǎo)致橋梁不平衡，而信號是從表面輸出的，從而完成了將外力轉(zhuǎn)化為信號的過程[2]。

2.2? A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計模塊

通過稱重傳感器電路將物品的重量信息轉(zhuǎn)換為電壓信號后，得到的信號屬于模擬信號。模擬信號只能被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號之后被提供給MCU（單片機(jī)）MCU（單片機(jī)）處理該數(shù)字信號。因此，模擬量必須輸入到微控制器進(jìn)行處理，并且執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。輸出電壓信號在使用前必須放大，因為應(yīng)變片本身變形小，輸出電壓信號變化不大，直接使用不方便。在此過程中，放大器電路的精度、穩(wěn)定性和A/D轉(zhuǎn)換精度直接影響電子秤的稱重精度、反應(yīng)時間等。實驗選擇了一種用于高精度電子秤的專用A/D轉(zhuǎn)化芯片HX711因為放大電路與A/D轉(zhuǎn)換電路的單獨設(shè)計復(fù)雜，元件數(shù)量多，精度無法保證。[3]

2.3? LCD模塊

此電子秤是以顯示屏來呈現(xiàn)稱重的結(jié)果。為了更直觀、方便、清晰地顯示稱重信息，采用了高亮度液晶顯示和漢字顯示功能。重量、單價、商品數(shù)量等信息更詳細(xì)、清晰地顯示在一個顯示屏上，用戶可根據(jù)需要通過“單位”開關(guān)按鈕在“公斤”、“斤”、“千克”、“克”之間進(jìn)行切換。

2.4? 矩陣鍵盤模塊

鍵盤電路模塊的設(shè)計是為了方便用戶使用電子秤，快捷地進(jìn)行功能操作和參數(shù)配置。電子秤使用的是4×4矩陣鍵盤，數(shù)字鍵0～9用于設(shè)置單價參數(shù)，*為小數(shù)點，A為“復(fù)位”功能鍵，B為“累加”功能鍵，C為“削皮”功能鍵，D為“單位”切換功能鍵，#為“存儲”功能鍵。用戶通過鍵盤按鍵操作相應(yīng)的功能[4]。

2.5? 傳感器模塊

稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩(wěn)定性本設(shè)計采用電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式稱重傳感器包括兩個主要部分，一個是彈性敏感元件：利用它將被測的重量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值;另一個是電阻應(yīng)變計：它作為傳感元件將彈性體的應(yīng)變，同步地轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電阻應(yīng)變片所感受的機(jī)械應(yīng)變量一般為10–6–10–2，隨之而產(chǎn)生的電阻變化率也大約在10–6–10–2數(shù)量級之間。這樣小的電阻變化用一般測量電阻的儀表很難測出，必須采用一定形式的測量電路將微小的電阻變化率轉(zhuǎn)變成電壓或電流的變化，才能用二次儀表顯示出來。在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中通過橋式電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換為電壓 變化[5]。

3? 系統(tǒng)軟件及主程序流程圖

3.1? 軟件設(shè)計

為了方便電子秤設(shè)計的一系列要求完成，程序設(shè)計采用從上到下、模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計，逐步實現(xiàn)每一個功能，各功能間相互獨立，模塊與模塊間都能相互協(xié)調(diào)配合完成任務(wù)，用以實現(xiàn)具體的功能。軟件部分用于執(zhí)行初始化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理、按鍵測試以及顯示數(shù)據(jù)等操作。主程序初始化系統(tǒng)，子程序模塊化結(jié)構(gòu)方便矩陣鍵盤掃描模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理和LCD顯示模塊的檢測和調(diào)試。系統(tǒng)初始化后，按鍵檢測重物，直到完成測試，整個操作過程中，程序以有序協(xié)調(diào)的方式實現(xiàn)電子秤的功能[6]。

3.2? 主程序流程圖

4? 結(jié)論

（1）因為本系統(tǒng)是一個簡易電子秤系統(tǒng)，所以最好的測量方法就是通過測量標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量來比對本電子秤系統(tǒng)的測量顯示值。以測量結(jié)果顯示值減去砝碼質(zhì)量再除以砝碼質(zhì)量得出誤差百分比，同時也可以得出電子秤的精確程度，得到的數(shù)據(jù)更加精確，結(jié)果更加準(zhǔn)確。

（2）經(jīng)實驗，這樣的設(shè)計達(dá)到的簡易電子秤系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了題目要求，擁有輸入單價求價格的功能，同時還能滿足價格的疊加在單片機(jī)芯片中計算而不用，輸入一個記錄一個值那么麻煩。同時本電子稱系統(tǒng)也完成了去皮功能，清除，復(fù)位等功能，而且擁有完整的超重報警模塊。將繼續(xù)完善功能并適當(dāng)拓展，進(jìn)一步貼近智能化，簡單化提高精準(zhǔn)度。

參考文獻(xiàn)

[1]馮春寶， 陳文鑫， 董炎峰， 等. 基于單片機(jī)的數(shù)字電子秤的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 重慶與世界， 2015（7）： 1-3.

[2]王來志， 王小平. 基于電阻應(yīng)變片式傳感器的電子秤設(shè)計[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 2014（2）： 58-60.

[3]蘭羽， 王納林. 基于儀表放大器電子秤的設(shè)計[J]. 信息技術(shù)， 2012（11）： 134-136.

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