朱洪浪，譚 浩，曾陳萍，董加強(qiáng)，向鎳鋅

（西昌學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院，四川 涼山彝族自治州615000）

1 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，百姓生活質(zhì)量也迅速提升，特別是國(guó)內(nèi)消費(fèi)能力變得越來(lái)越強(qiáng)。在消費(fèi)中使用的計(jì)量工具呈現(xiàn)出多樣化形態(tài)，特別是稱重工具，如桿秤、彈簧盤(pán)秤、臺(tái)式電子秤[1]。雖然這些稱重工具被廣泛使用在日常貿(mào)易，但依然存在很大局限，如成本高、體積大、交流供電、商販易更改[2]。因此隨著微處理和傳感技術(shù)發(fā)展，為適應(yīng)更高要求的稱重技術(shù)，設(shè)計(jì)一款具有輕便、操作簡(jiǎn)單、功耗低、成本低的多功能便攜式電子秤，其價(jià)值十分明顯[3]。

本設(shè)計(jì)采用了低功耗芯片、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有測(cè)量精度高、制造成本低等優(yōu)勢(shì)。主要功能：稱重計(jì)量、電量監(jiān)測(cè)、重量顯示、超重報(bào)警、低電量報(bào)警。檢定范圍為0～10 kg，測(cè)量精度為5 g。

2 方案設(shè)計(jì)

本電子稱采用模塊化設(shè)計(jì)法，以單片機(jī)為信息運(yùn)算處理核心，主要包括稱重和電源監(jiān)測(cè)模塊。電源監(jiān)測(cè)采用5 V電池供電，首先經(jīng)采樣電阻獲取電壓，模數(shù)轉(zhuǎn)換后給單片機(jī)。然后單片機(jī)通過(guò)掃描與功能按鍵相連的引腳，并判斷各引腳電平、功能按鍵的狀態(tài)。最后單片機(jī)計(jì)算電源電量，并顯示電源和判斷是否低電壓報(bào)警。稱重模塊首先由橋式電阻應(yīng)變片傳感器產(chǎn)生力電效應(yīng)，將待稱物品重量信息轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片電阻變化，則HX711輸入端電壓發(fā)生變化。然后單片機(jī)接收HX711輸出的信號(hào)，掃描按鍵狀態(tài)和引腳電平，判斷按鍵輸入信息、功能按鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)。最后計(jì)算得到待稱物品重量，在液晶顯示屏上顯示。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電子秤硬件系統(tǒng)：電源監(jiān)測(cè)、重量檢測(cè)、功能按鍵和LCD顯示電路，如圖1所示。

圖1 電路原理圖

3.1 電源監(jiān)測(cè)電路

圖1中BAT+為電池電源，電源監(jiān)測(cè)包括電源電量監(jiān)測(cè)、低電壓報(bào)警。其中，電源電量的監(jiān)測(cè)方面，經(jīng)R8、R9兩個(gè)采樣電阻獲取電池電壓，輸入給ADC0832的CH0端口，再將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸給單片機(jī)，最后在LCD上顯示出電池電量。當(dāng)電池電量低于最低電壓時(shí)，通過(guò)單片機(jī)P1.1口控制蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)電池低于最低工作電壓的低壓聲報(bào)警功能。

3.2 重量檢測(cè)電路

如圖1中重量檢測(cè)電路，主要是將重量信息轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)。首先將待稱物品放置在橋式電阻應(yīng)變片傳感器JP2之上，不同重量的待稱物品會(huì)引起橋式電阻兩端的電壓發(fā)生變化。然后將HX711的E+和E-作為電橋的激勵(lì)電壓輸入端，A+和A-作為電壓輸出端，即可檢測(cè)橋式電阻兩端的電壓信號(hào)。但是此時(shí)檢測(cè)到的電壓信號(hào)比較微弱，最后通過(guò)HX711放大處理后傳輸給單片機(jī)，完成待稱物品重量信息到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，即檢測(cè)到待稱物品的重量。當(dāng)待稱物重量超過(guò)10 kg時(shí)，通過(guò)P1.0口控制D1 LED燈閃爍，同時(shí)P1.1口控制蜂鳴器發(fā)出鳴叫，提醒用戶待稱物品重量超過(guò)量程。

3.3 功能按鍵電路

如圖1中K1為去皮功能，K2為校正功能中校準(zhǔn)減，K3為校準(zhǔn)加，K5為背光功能。如果K1被按下，在P3.0的引腳上得到清除皮重的指令，從而進(jìn)行去皮；如果K2被按下，P3.1引腳為低電平，單片機(jī)開(kāi)始執(zhí)行校正程序，并將偏大的數(shù)值減小，同時(shí)在LCD上顯示當(dāng)前校準(zhǔn)值；如果K5鍵被按下，P3.3引腳為低電平，單片機(jī)開(kāi)始執(zhí)行背光程序，LCD表現(xiàn)為背光。

4 仿真

便攜式電子秤整體電路仿真如圖2所示，實(shí)現(xiàn)仿真的步驟如下：①在Keil中編寫(xiě)主程序和模塊程序代碼，導(dǎo)出HEX；②將HEX文件導(dǎo)入Proteus單片機(jī)中；③Proteus仿真調(diào)試電量顯示、低壓報(bào)警、稱重顯示、超重報(bào)警等功能，驗(yàn)證電子秤設(shè)計(jì)的有效性。

圖2 仿真測(cè)試圖

4.1 電源監(jiān)測(cè)仿真

按下復(fù)位按鍵、松開(kāi)，能復(fù)位，則復(fù)位電路正常；編寫(xiě)顯示程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，顯示正常，則顯示電路正常。最后測(cè)試電源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)讀取與顯示程序，如圖2中的BAT，為3.90 V。

通過(guò)滑動(dòng)變阻器RV1模擬采集電壓，當(dāng)電池使用一段時(shí)間后，電量慢慢降低至3.65 V以下，電池電源的電量低于了便攜式電子秤工作的最低電壓3.65 V時(shí)，低壓報(bào)警模塊電路中的BUZ1蜂鳴器鳴叫，仿真模擬低電壓報(bào)警功能。

4.2 稱重仿真

采用按鍵增減HX711的輸入量模擬待稱物品重量。當(dāng)按“增加”鍵時(shí)，重量顯示相應(yīng)增加；按“減少”鍵時(shí)，則相應(yīng)減少。當(dāng)加至10 kg以上時(shí)，重量顯示為--.---0 kg，此時(shí)超重報(bào)警燈閃爍，蜂鳴器叫，提醒重量超過(guò)量程。

4.3 功能選擇仿真

當(dāng)待稱物需去皮時(shí)，假設(shè)圖2的3.9 kg為皮重，按“去皮”按鍵，則去皮，并顯示為00.000 kg。當(dāng)電子秤發(fā)生零點(diǎn)漂移時(shí)，通過(guò)按下校正校準(zhǔn)減按鍵，將零點(diǎn)重量為00.000 kg。

LCD背光功能無(wú)法在仿真軟件中實(shí)現(xiàn)，故采用LED燈亮滅模擬背光。當(dāng)背光控制按鍵按下時(shí)，蜂鳴器響，LED燈常亮。而沒(méi)有選擇背光功能，LED燈滅，以此來(lái)模擬仿真背光效果。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于STC89C52RC單片機(jī)提出了一個(gè)模塊化設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)由電源監(jiān)測(cè)、稱重、顯示模塊組成。主要將電量顯示、低電量報(bào)警、稱重顯示、稱重去皮等多種功能集成在一起。主要功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：①通過(guò)采樣電阻獲取電壓，轉(zhuǎn)換后經(jīng)單片機(jī)處理，在LCD上顯示電量，實(shí)現(xiàn)電量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)電量低于最低的系統(tǒng)工作電壓時(shí)，實(shí)現(xiàn)低電量報(bào)警。②采用橋式應(yīng)變片測(cè)定待稱物引起的電阻變化，轉(zhuǎn)換后經(jīng)主控芯片處理，在LCD上顯示重量。當(dāng)待稱物超過(guò)10 kg，實(shí)現(xiàn)聲光過(guò)載報(bào)警，同時(shí)還設(shè)置去皮、校準(zhǔn)、背光功能。③采用AD繪制原理圖，Keil編寫(xiě)相關(guān)程序，Proteus模擬仿真，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的有效性和可行性。該便攜式電子秤裝置電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、搭建方便、易于擴(kuò)展。