王春泉

（煙臺(tái)市標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心，山東煙臺(tái) 264003）

電子秤在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，由于其測(cè)量精度高、使用簡(jiǎn)單、重量值和價(jià)格讀取直觀，因此取代了傳統(tǒng)的以桿平衡為原理的機(jī)械秤。本文研究的電子秤檢測(cè)系統(tǒng)可以精準(zhǔn)測(cè)量物體質(zhì)量，也可以輸入價(jià)格直接得出總價(jià)。

1 研究?jī)?nèi)容與系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.1 研究?jī)?nèi)容

本次基于單片機(jī)的電子秤系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是兩部分組成，一部分是硬件設(shè)計(jì)部分，另一部分是軟件設(shè)計(jì)部分。

具體工作原理是：系統(tǒng)硬件以單片機(jī)為核心，集重量檢測(cè)、閾值報(bào)警于一體的電路設(shè)計(jì)，采用稱重傳感器采集壓力信號(hào)，有源蜂鳴器采集壓力極限信號(hào)，送入單片機(jī)，能夠?qū)崟r(shí)、有效的監(jiān)測(cè)重量和極限值信號(hào)，軟件采用的的是C語(yǔ)言編程，將采集到的壓力重量信號(hào)和到達(dá)極限值信號(hào)由單片機(jī)運(yùn)算處理后，由LCD1602 液晶屏顯示出。電子秤是否正常工作可以通過(guò)觀察指示燈閃爍頻率穩(wěn)定情況來(lái)判斷[1]。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本次基于單片機(jī)的電子秤主要實(shí)現(xiàn)的是兩個(gè)功能，第一是質(zhì)量檢測(cè)的功能，第二是質(zhì)量檢測(cè)的極限值報(bào)警功能。

本系統(tǒng)由STC89C52 單片機(jī)、LCD1602 液晶顯示、HX711 稱重傳感器、蜂鳴器報(bào)警、按鍵及電源組成。

（1）LCD602 液晶實(shí)時(shí)顯示重量和設(shè)置閾值。

（2）按鍵可以設(shè)置報(bào)警閾值，閾值范圍0 g～5000 g，實(shí)際重量高于閾值報(bào)警，否則不報(bào)警。

（3）稱重傳感器量程：0 g～5kg 即0 g～5000 g。

（4）設(shè)置閾值具有eeprom 存儲(chǔ)功能，即掉電不丟失數(shù)據(jù)。

2 基于單片機(jī)的電子秤質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

2.1 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)說(shuō)明

本次電子秤質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心主要是單片機(jī)，此單片機(jī)選用的是STC89C52 型號(hào)，其最小系統(tǒng)有復(fù)位、時(shí)鐘、電源等三部分電路組成，復(fù)位電路的作用是初始化，再次使用時(shí)可以從新開(kāi)始，時(shí)鐘電路可以使單片機(jī)具有自我把控時(shí)間的功能，進(jìn)而準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，電源電路主要起到為整體電路供電作用[2]。

2.2 5 V 電源電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的電路板硬件部分采用5 V 直流供電，系統(tǒng)電源是DC 接頭和USB 接頭組合的一根線，一端可以插在充電寶等可以插USB 的接口，另一端則插在電路板上，為整個(gè)系統(tǒng)供電。

2.3 按鍵電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中，按鍵電路的設(shè)計(jì)，主要是通斷電的作用，實(shí)現(xiàn)的原理主要是按鍵金屬?gòu)椘M(jìn)行接觸觸電實(shí)現(xiàn)通斷。

2.4 蜂鳴器報(bào)警電路（低電平有效）設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)所使用的報(bào)警電路是5 V 有源蜂鳴器模塊，是實(shí)現(xiàn)超過(guò)質(zhì)量測(cè)量范圍之后的報(bào)警提示，主要依靠單片機(jī)控制，當(dāng)單片機(jī)為低電平時(shí)。蜂鳴器警報(bào)將激活，否則不會(huì)發(fā)出聲音。蜂鳴器模式可通過(guò)單片機(jī)引腳方波輸出來(lái)控制[3]。

2.5 LCD1602 液晶顯示模塊電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用LCD1602 液晶顯示器（如圖1 所示），該液晶顯示器在液晶顯示器的基礎(chǔ)上工作，從而控制透明度。它解決了在屏幕上顯示數(shù)據(jù)的問(wèn)題，即屏幕的顏色；就這種型號(hào)的LCD 顯示器而言，它分為兩個(gè)視圖的字段和字符。

圖1 LCD1602 液晶實(shí)物圖

2.6 5 kg 稱重傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

使用傳感器時(shí)必須首先考慮傳感器的實(shí)際工作條件，這對(duì)于正確選擇充電電池非常重要；這取決于傳感器的正常使用壽命、安全性和使用壽命以及整個(gè)稱重過(guò)程的可靠性和安全性。系統(tǒng)在傳感器為YZC-133 上有懸臂梁5 kg 電阻應(yīng)變式稱重傳感器。這是基于阻應(yīng)變片變形中電阻變化的原理。它主要由彈性元件、電阻拉力計(jì)組成，具有精度高、加工舒適、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、承載能力高、內(nèi)部頻率高等特點(diǎn)。

2.7 HX711 稱重傳感器專(zhuān)用24 位精度AD 模塊電路設(shè)計(jì)

HX711 是一種24 位晶體管，專(zhuān)門(mén)為高精度充電電池設(shè)計(jì)。與其他此類(lèi)晶體相比，該芯片集成在外圍電路中，包括電源穩(wěn)壓器，類(lèi)似的芯片如Borduhr 發(fā)生器具有高集成度的特點(diǎn)，反應(yīng)時(shí)間較短，性能較為穩(wěn)定，成本較低，電子秤整體的測(cè)量較為準(zhǔn)確，對(duì)于本次稱重傳感器的接口較為簡(jiǎn)單，不需要內(nèi)部的程序寄存器[4]。

3 基于單片機(jī)的電子秤質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 編程語(yǔ)言選擇

相對(duì)于傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的檢測(cè)儀設(shè)計(jì)，整個(gè)程序的設(shè)計(jì)編寫(xiě)相對(duì)也較為麻煩繁瑣，有大量的計(jì)算，也有很多信號(hào)裝換，浮點(diǎn)數(shù)方式的計(jì)算使用的也有很多，因此選用的是C語(yǔ)言編寫(xiě)的方法，針對(duì)這種系列的微控制器來(lái)說(shuō)，選擇C 語(yǔ)言類(lèi)似這樣的高級(jí)編程和相對(duì)普遍而又簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)言相比更有優(yōu)勢(shì)。

3.2 Keil 程序開(kāi)發(fā)環(huán)境

Keil（如圖2 所示）是C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)最佳的選擇。這個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境被研究開(kāi)發(fā)單片機(jī)類(lèi)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，與匯編語(yǔ)言相比，C 語(yǔ)言在功能、結(jié)構(gòu)和使用方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，容易掌握開(kāi)發(fā)。這個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境具有了完整的開(kāi)發(fā)方案可供選擇，擁有強(qiáng)大的模擬調(diào)試器等這些重要工具放在一起。在采用C 語(yǔ)言編程選擇的基礎(chǔ)上，這個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境是最佳的搭配操作工具，就算由于技術(shù)偏向問(wèn)題等因素不用C 語(yǔ)言編寫(xiě)程序而用其他語(yǔ)言編寫(xiě)，Keil 開(kāi)發(fā)環(huán)境擁有簡(jiǎn)潔不復(fù)雜的各類(lèi)工具也能讓使用者在有限的時(shí)間內(nèi)更高效的完成任務(wù)，很適用本設(shè)計(jì)的脈搏體溫檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)。

圖2 Keil 開(kāi)發(fā)界面圖

3.3 STC-ISP 程序燒錄軟件介紹

STC-ISP 程序是一種燒錄軟件，主要功能可以向單片機(jī)中下載控制程序以及編輯代碼等，是針對(duì)STC 系列的單片機(jī)設(shè)計(jì)的軟件，在51 系列的單片機(jī)中被廣泛的使用，性能較高，是在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中不可或缺的重要工具。

可以通過(guò)下載器（即CH340 等串口燒寫(xiě)模塊）下載單片機(jī)程序。單片機(jī)開(kāi)發(fā)板和下載器以及PC 連接好后，首先需要在軟件中選擇單片機(jī)型號(hào)和串口號(hào)，以及設(shè)置波特率。然后選在項(xiàng)目程序“hex”文件所在的地址，最后就可以點(diǎn)擊程序下載按鈕了。具體下載界面如圖3 所示。

圖3 燒錄軟件對(duì)話框

3.4 CH340 串口程序燒寫(xiě)模塊介紹

選用的是CH340 串口模塊，程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)也是通過(guò)CH340 這個(gè)串口模塊實(shí)現(xiàn)的，這一款燒寫(xiě)工具采用的是USB的連線方式，使用電腦即可完成，很是方便。這一款的下載器成本合理，質(zhì)量較好，是研究開(kāi)發(fā)單片機(jī)的重要工具。對(duì)于要把程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)中，便要進(jìn)行連接，在通信上使用USB1.1、USB2.0 都可以；供電操作簡(jiǎn)單使用的也是USB；對(duì)單片機(jī)編程寫(xiě)入時(shí)能用目標(biāo)系統(tǒng)工具之中的電能，目標(biāo)板帶有接口供電。傳輸速度比并口編程快且穩(wěn)定，使用筆記本電腦操作更是簡(jiǎn)單[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于單片機(jī)的電子秤具有可靠性高、精度高、架構(gòu)易于掌握等特點(diǎn)。在各種用戶的支持下，越來(lái)越多的電子秤的應(yīng)用方便了人們的生活。本文采用單片機(jī)控制，既保證了測(cè)量精度，又具有良好的穩(wěn)定性，可應(yīng)用于相關(guān)的場(chǎng)景中。此單片機(jī)電子秤仍有不足，如測(cè)試中仍有誤差存在；后期產(chǎn)品升級(jí)時(shí)，可考慮增加一些功能，如藍(lán)牙連接手機(jī)，藍(lán)牙連接音箱，語(yǔ)音播報(bào)，日期時(shí)間的顯示，自動(dòng)計(jì)算價(jià)格，統(tǒng)計(jì)當(dāng)日收入等。