基于單片機的語音播報電子秤設計

唐凱

（青島市城陽區(qū)計量測試所，山東青島，266109）

由于稱量范圍、功能不同，目前市面上所見到的電子秤種類繁多，在生活中的應用也十分廣泛，需求比較大?；诖耍Y(jié)合實際需求，本文采用單片機來作為控制核心，設計一款具備稱重、顯示、語音播報、日歷、價格計算的多功能數(shù)字化電子秤，它不僅能夠?qū)ω浳锏闹亓窟M行稱量，還能顯示相關(guān)的信息，比如稱重數(shù)值、具體時間，還能設置商品單價，當貨物超出稱量范圍時，可以警示使用者。

1 總體設計

本設計要求實現(xiàn)對物品重量檢測，該具有重量檢測、顯示重量值，以及重量不在范圍報警，主要實現(xiàn)的功能如下：重量檢測功能，實現(xiàn)重量的進行檢測，檢測范圍0到10kg；顯示功能，顯示重量報警值和檢測的實時重量值；按鍵設置報警值，可以實時對重量報警值進行加和減設置，同時還具有去皮，計數(shù)以及切換設置功能；報警功能，實際重量值大于設定的界限值時會發(fā)出聲音對重量異常進行預警；語音播報功能，檢測到物品重量后，計算出單價后，通過語音模塊對價格進行播報；時間顯示功能，當系統(tǒng)不工作時，實時顯示當前的日歷信息?？傮w設計方案如圖1所示。

圖1 總體設計方案

2 硬件電路設計

按照上文所述總體設計方案，本設計的硬件電路圖如圖2所示。

圖2 硬件電路圖

(1)單片機控制電路。本文的控制核心是STC89C52單片機，該單片機由美國的Atmel公司研發(fā)生產(chǎn)，具有性能強大、額定電壓小等優(yōu)點，包含了數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、Flash存儲器，具備40個引腳。

(2)重量檢測電路。本設計采用HX711模塊。該模塊是一款精度非常高的24位AD轉(zhuǎn)換芯片，集成度高，控制簡單可靠，引腳結(jié)構(gòu)包括三路差分輸入，通道的選擇是通過編程實現(xiàn)，所以其用在電子秤整機中不會給帶來干擾，數(shù)據(jù)模塊DT與單片機的P2.1連接，實現(xiàn)對重量數(shù)據(jù)的交換，SCK時鐘引腳與單片機的P2.0連接實現(xiàn)通道選擇與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。

(3)重量顯示電路。本文通過LCD1602作為顯示模塊。VCC和VSS采用典型的5V供電設計；RS、R/W、E，三個控制引腳來實現(xiàn)選擇、讀寫、顯示使能等功能。本設計中，單片機的P1.0、P1.1、P1.2被分配來控制LCD1602的3個引腳，實現(xiàn)讀寫時序控制，單片機的8個P0.0到P0.7引腳被分配來控制數(shù)據(jù)傳送引腳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。

(4)聲音報警電路。按照設計要求，當電子秤稱量的重量大于10kg時，設備會通過聲音報警。在本設計中，單片機控制核心通過P2.7實現(xiàn)對蜂鳴器控制，當引腳輸出高電平時，系統(tǒng)會自動發(fā)出聲音來示警。

(5)按鍵電路。矩陣按鍵的主要功能就是實現(xiàn)重量閾值的設置，通過按鍵，本文設計的電子秤可以滿足報警重量值加減操作。按下相應的按鍵之后，系統(tǒng)會進入到功能設置環(huán)節(jié)，如數(shù)值調(diào)節(jié)、去皮功能以及數(shù)字0到9的輸入。除此之外，還可以設置密碼操作，分別有設置、刪除、服務以及確認等，P1口實現(xiàn)對控制按鍵功能，列控制按鍵引腳對應的是P30到P33，行對應的P34到P37，采用列或者行的模式，對按鍵狀態(tài)判斷，以行控制為例，首先是所有引腳單片機在內(nèi)部都置低，如果將某一行控制引腳輸出高，按鍵按下后，對應的列引腳就會檢測到低，那么就表示按鍵按下。

(6)語音播報電路。本設計采用WTD588實現(xiàn)語音播報功能，(PWM+) /(PWM-) 同/反相模擬輸入端，前者在輸入信號時時有兩種方式，一種時單端輸入，由耦合的電容輸入32mV峰峰值的信號，同時與本段的3kΩ電阻對截止頻率進行設置。另外一種是差分輸入，與單端不同輸入的時16m V峰峰值信號；反向時只有差分輸入一種模式，信號通過耦合電容輸出16mV峰峰信號，對負載進行驅(qū)動，最大負載5kΩ。(SCLK)WTD是一個輸入給WTD的時鐘端，一般時由與WTD連接的MCU產(chǎn)生。在SPI通信額下一個周期進行置位。OVF是一個錄音和放音快到末尾數(shù)據(jù)的指示狀態(tài)，也就是表示馬上結(jié)束，通過RINT也能實現(xiàn)讀取。EOM 表示一個內(nèi)部放音標志，高電平有效。RAC行地址時鐘，也是采用的開路輸出，主要時根據(jù)RAC的周期來對來對WTD中功2400個行地址進行操作，RAC運行一個周期代表一行數(shù)據(jù)運行完成。該時鐘高低電平持續(xù)時間不一樣周期為200ms，高電平為175ms，這是在正常運行模式時的推進速度，在快進模式時，運行達到us級別，周期時250μs，高電平持續(xù)時間是218.75μs。(XCLK) 外部時鐘，通常對外部時鐘未使用；(AMCAP) 引腳用來對聲音進行自動靜噪處理，尤其是在錄音的時候，當信號低于設定閾值時，其自動的實現(xiàn)對信號衰減，一般都是通過一個1μF電容來實現(xiàn)。

在本設計中，單片機的P1.4引腳與RESET連接實現(xiàn)復位功能，P1.3時與WTD連接作為一個反饋信號來表示W(wǎng)TD正常，P1.5和P1.6與CS和CLK連接，實現(xiàn)對WTD通訊時序控制；P1.7與P0.3引腳連接，控制播報內(nèi)容。

3 軟件設計

■3.1 主程序設計

主程序是整個系統(tǒng)運行時一直循環(huán)的程序。首先需要對引腳進行配置，比如LCD的時序控制引腳由單片機的P1.0到P1.2控制，按鍵引腳配置，同時對重量異常的閾值進行設置，比如初始設置10kg，對同時對顯示的值和顯示的初始化位置進行設置，之后進入一個不斷循環(huán)的程序，如圖3所示的主程序流程圖，實時讀取AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，實現(xiàn)對重量的讀取，一方面與設定重量值比較，一方面進行對重量進行顯示。

圖3 主程序流程圖

■3.2 顯示子程序設計

在LCD1602首先根據(jù)LCD的控制指令，比如定位指令將地址寄存器設為00H，設置SH值對移動指令進行設計，通過對內(nèi)部的儲存器進行地址讀取，來控制顯示內(nèi)容。具體如圖4所示。

圖4 顯示程序

■3.3 數(shù)據(jù)處理子程序設計

在本子程序中，HX711傳感器首先讀取重量數(shù)據(jù)，然后在傳感器內(nèi)部對該數(shù)據(jù)進行去皮處理，并將所得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為kg數(shù)值，如果超出重量預設閾值，就進行聲音報警，如果在范圍內(nèi)，就通過語音播報進行處理后的數(shù)據(jù)。子程序流程圖如圖5所示。

圖5 重量檢測子函數(shù)

■3.4 按鍵子主程序設計

矩陣按鍵子函數(shù)主要是實時檢測掃描按鍵是否被按鍵，然后通過算法執(zhí)行對應的功能，子程序如圖6所示。

圖6 矩陣按鍵子函數(shù)

4 實物調(diào)試

■4.1 實物制作

對該多功能的電子秤進行焊接，對硬件和軟件進行聯(lián)合調(diào)試對主要功能進行驗證，搭建完成的實物模型如圖7所示。

圖7 實物圖

■4.2 功能測試

對重量的顯示，聲音報警功能，按鍵設置功能進行測試，具體如圖8所示。

圖8 實物測試圖

通過以幾組實驗，結(jié)果顯示，本設計檢測精度高，報警精度高和顯示準確，實現(xiàn)了預期功能。

5 結(jié)論

本文設計了一款具有物品質(zhì)量檢測，聲音報警，價格換算，語音播報和重量顯示功能的電子稱重器系統(tǒng)采用蜂鳴器實現(xiàn)聲音報警，采用LCD1602實現(xiàn)重量顯示功能，設計矩陣按鍵實現(xiàn)重量設置功能，本文主要完成了以下工作：一是完成對應變電阻實現(xiàn)對電子稱重器系統(tǒng)的最新現(xiàn)狀技術(shù)的學習，選擇基于單片機的控制方式，然后對功能進行分析，對單片機模塊，顯示模塊方案之間的優(yōu)缺點進行比較，確定模塊。二是根據(jù)選擇模塊，設計硬件電路，對各個硬件電路與單片機的引腳連接，工作原理都進行詳細介紹。三是對軟件設計邏輯設計，主要以流程圖形式給出，最后對實物調(diào)試，實現(xiàn)了對電子稱重器系統(tǒng)的功能。雖然完成了對電子稱重器系統(tǒng)的功能，但是本電子稱重器系統(tǒng)功能還可以繼續(xù)完善，比如增加語音播報的功能，能實現(xiàn)電子稱重器系統(tǒng)的遠程操作等，同時市場還出現(xiàn)很多新型的遠程控制的電子稱重器傳感器，因此還可以增加藍牙實現(xiàn)按鍵的功能，實現(xiàn)對電子稱重器系統(tǒng)的遠程控制功能。