文/楊社鼎

上個(gè)世紀(jì)五十年代，電子技術(shù)得以產(chǎn)生并被用于多個(gè)領(lǐng)域，部分研究人員將電子技術(shù)應(yīng)用到稱重器械中，進(jìn)一步促進(jìn)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(shí)間內(nèi)達(dá)到國際先進(jìn)水平。需要注意的是，我國的電子秤與西方先進(jìn)設(shè)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(shù)開發(fā)發(fā)展不足等，電子秤功能相對(duì)匱乏等。

1 設(shè)計(jì)需求

對(duì)物品的稱重計(jì)量是社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)等活動(dòng)過程中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，為了達(dá)到良好的稱重計(jì)量效果，需要使用科學(xué)有效準(zhǔn)確的稱重設(shè)備或者裝置。隨著社會(huì)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，以及商品流通的進(jìn)一步擴(kuò)大，需要使用稱重計(jì)量的場合和環(huán)節(jié)越來越多，而且對(duì)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(yīng)市場需要，各種新的稱重計(jì)量器具得到設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，并發(fā)揮出積極作用。傳統(tǒng)的稱重計(jì)量器具一般是機(jī)械杠桿秤，這種機(jī)械杠桿秤操作不便，而且功能單一，已經(jīng)難以滿足實(shí)際稱重需要。

近年來，基于傳感技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，一種新的稱重設(shè)備電子秤得到設(shè)計(jì)和制造，并在社會(huì)社會(huì)和生產(chǎn)活動(dòng)中得到有效應(yīng)用。電子秤應(yīng)用簡單，功能多樣，而且操作簡單，具有良好的實(shí)踐應(yīng)用效果，因此得到廣泛應(yīng)用，逐漸取得傳統(tǒng)的機(jī)械電子秤。隨著微處理機(jī)的發(fā)展以及應(yīng)用，這也促進(jìn)電子稱重技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，促使電子秤的應(yīng)用效果更上一層樓。在使用過程中，電子秤具有稱重快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)，而且操作很簡單，同時(shí)稱重過程中一般不會(huì)出現(xiàn)較大誤差，具有良好準(zhǔn)確性。不僅如此，電子秤還具有多種功能，能夠滿足多種實(shí)際稱重需求。當(dāng)前電子秤已經(jīng)在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并為人們帶來良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，當(dāng)前社會(huì)生活以及生產(chǎn)活動(dòng)過程中，對(duì)于稱重的要求進(jìn)一步提高，尤其是針對(duì)稱重的精準(zhǔn)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(jī)的電子秤得到有效研發(fā)和應(yīng)用，而且能夠達(dá)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(shí)現(xiàn)對(duì)物品的價(jià)格計(jì)算，可以為人們提供方便快捷的稱重和計(jì)價(jià)服務(wù)。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(dòng)和社會(huì)活動(dòng)過程中的稱重需要。

作為最常見的稱重工具，傳統(tǒng)的機(jī)械秤逐漸被更加便捷的電子秤取代，這是因?yàn)殡娮映庸δ芨啵褂酶臃奖?，而且其?zhǔn)確性更高。在電子秤的稱重過程中，需要綜合應(yīng)用單片機(jī)、傳感器、轉(zhuǎn)換器、顯示器等元件，從而達(dá)到準(zhǔn)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(shí)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(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，具有良好發(fā)展前景。

本文設(shè)計(jì)基于51 單片機(jī)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(jì)價(jià)、設(shè)定稱重物品單價(jià)、計(jì)算貨物總價(jià)、物品過載報(bào)警等功能。根據(jù)設(shè)計(jì)，電子秤的稱重范圍在0-5 千克，實(shí)踐過程中其稱重精度能夠達(dá)到1 克，稱重過程中誤差范圍為0.04%。根據(jù)設(shè)計(jì)，電子秤的使用非常簡單，只需要將需要稱重的物品放在對(duì)應(yīng)的托盤上，顯示器將自動(dòng)顯示其重量；不僅如此，本電子秤還具有單價(jià)和總價(jià)計(jì)價(jià)功能，因此能夠根據(jù)需要對(duì)各種物品進(jìn)行計(jì)價(jià)，極具實(shí)踐操作價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。此外，電子秤能夠達(dá)到一個(gè)較長的使用年限，而且可以用于多種稱重環(huán)境和場合，應(yīng)用范圍廣，如常見的商場、菜場、超市等，均可以科學(xué)有效應(yīng)用電子秤。

2 電子秤總體方案設(shè)計(jì)

稱重范圍：不超過 5Kg

測(cè)量精度：≤ 0.001Kg

顯示方式：物品重量，物品的單價(jià)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(dāng)稱重秤重超過電子秤的量程時(shí)，具有超重報(bào)警功能。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件方案

基于51 單片機(jī)的電子秤主要由以下幾個(gè)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(jī)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(jìn)行檢測(cè)并輸出對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)到達(dá)24位A/D 芯片Hx711 電路以后，由芯片和電路對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換；系統(tǒng)內(nèi)部單片機(jī)與電路直接通信，因此在這個(gè)過程中單片機(jī)能夠讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后由單片機(jī)實(shí)施對(duì)應(yīng)的計(jì)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(yīng)數(shù)據(jù)。矩陣鍵盤用于輸入具體商品的單價(jià)，方便計(jì)算其總價(jià)，計(jì)算結(jié)果以數(shù)字形式顯示在顯示器上。電源負(fù)責(zé)給整體系統(tǒng)送電，為系統(tǒng)運(yùn)行提供電力。

3.1.1 測(cè)量模塊

電子秤的稱重測(cè)量采用已經(jīng)比較成熟的方法進(jìn)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(gè)系統(tǒng)中，一共擁有4 片電阻應(yīng)變片，將其緊緊粘貼在雙孔梁的對(duì)應(yīng)區(qū)域，在這種設(shè)備的作用下，電子秤實(shí)施稱重的時(shí)候，雙孔梁會(huì)因?yàn)槲锲返闹亓σ约暗妆P的支持力產(chǎn)生作用，這個(gè)過程將導(dǎo)致對(duì)應(yīng)平行四邊形發(fā)生變形，在這種變化的作用下，4 個(gè)應(yīng)變片連接的電橋在電壓的激勵(lì)下會(huì)根據(jù)重量的不同產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過傳輸和處理，將得到最終的稱重?cái)?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(huì)對(duì)相應(yīng)電壓進(jìn)行采樣，并利用自身的通道對(duì)其進(jìn)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(yīng)的輸出值，最終由單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行讀取，得到最終數(shù)據(jù)。

3.1.3 信號(hào)處理及顯示模塊

電子秤內(nèi)部具有一個(gè)綜合處理器，其任務(wù)包括具體的數(shù)據(jù)計(jì)算、中心處理等，同時(shí)還需要對(duì)電子秤的各個(gè)模塊進(jìn)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(jìn)行調(diào)節(jié)提供了平臺(tái)，方便人們根據(jù)自身需要對(duì)相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整；單片機(jī)負(fù)責(zé)讀取相應(yīng)的數(shù)值，將物品的質(zhì)量以及單價(jià)總價(jià)等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合呈現(xiàn)，并在液晶顯示屏上進(jìn)行展示。

3.2 軟件部分

電子秤的系統(tǒng)使用C 語言進(jìn)行編寫，為了確保系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際需要，在編寫過程中，首先需要對(duì)轉(zhuǎn)換模塊、矩陣鍵盤、顯示屏等實(shí)施初始化操作，在此基礎(chǔ)上將壓力傳感器得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，為系統(tǒng)計(jì)算得到最終的數(shù)據(jù)打下基礎(chǔ)。不僅如此，還需要為用戶設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的操作內(nèi)容，如根據(jù)需要改變單價(jià)、實(shí)施去皮操作等。電子秤的系統(tǒng)控制中心，不僅負(fù)責(zé)完成稱重操作，還需要完成具體信息的獲取計(jì)算和輸出，最終完成相應(yīng)的稱重實(shí)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(hào)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(yīng)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(yīng)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(yīng)變型傳感器。電阻應(yīng)變型壓力傳感器主要由彈性體，應(yīng)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(jī)和AD轉(zhuǎn)換器的選型

采用 STC89C51 單片機(jī)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(shè)定顯示重量，單價(jià)，金額等，還具有功耗低、顯示直觀，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，其顯示技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)實(shí)際情況，決定選用 LCD1602 作為電子秤的顯示屏幕。

電子秤應(yīng)用簡單，功能多樣，而且操作簡單，具有良好的實(shí)踐應(yīng)用效果，因此得到廣泛應(yīng)用，逐漸取得傳統(tǒng)的機(jī)械電子秤。隨著微處理機(jī)的發(fā)展以及應(yīng)用，這也促進(jìn)電子稱重技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，促使電子秤的應(yīng)用效果更上一層樓。在使用過程中，電子秤具有稱重快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)，而且操作很簡單，同時(shí)稱重過程中一般不會(huì)出現(xiàn)較大誤差，具有良好準(zhǔn)確性。不僅如此，電子秤還具有多種功能，能夠滿足多種實(shí)際稱重需求。當(dāng)前電子秤已經(jīng)在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并為人們帶來良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，當(dāng)前社會(huì)生活以及生產(chǎn)活動(dòng)過程中，對(duì)于稱重的要求進(jìn)一步提高，尤其是針對(duì)稱重的精準(zhǔn)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(gè)高效準(zhǔn)確的智能電子秤，需要從各個(gè)方面進(jìn)行控制，包括常見的硬件以及系統(tǒng)軟件控制，需要各個(gè)環(huán)節(jié)的分工與合作，基于此本次設(shè)計(jì)取得良好效果。