杜路泉

(阿壩師范學(xué)院 電子信息與自動化學(xué)院,四川 阿壩 623002)

0 引言

電子秤是一種稱量衡器，是我們的生活中必不可少的一種器件，目前在市場上的應(yīng)用越來越廣泛，但是隨著社會科技的發(fā)展與進(jìn)步，電子秤也在不斷發(fā)展中，從以前的桿秤、臺秤、磅秤等稱量器具發(fā)展到現(xiàn)在的電子秤。電子秤可以清晰、直觀而且方便地顯示物品的重量，優(yōu)點(diǎn)是使用起來操作簡單，方便靈活，具有的功能很多，不像以前的衡器那樣單一。目前的電子秤更趨向于多功能化、簡單化，而且精度高[1]。

1 電子秤的設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)電子秤有以下幾個基本要求:

1)電子秤稱量范圍:誤差基本上不能大于5 g。

2)液晶顯示:剛開始?xì)g迎界面顯示:“Welcome to Use Electrinic Scale”,然后再依次顯示重量“WE:00.000”kg;單價(jià)“PR:00.0”元;總價(jià)“MONEY:00.00”元。

3)按鍵部分:可以進(jìn)行調(diào)試單價(jià)、清零。

4)特色:電子秤有去皮的功能,在稱重某些不容易去容器的物品時(shí)就很方便,而且電子秤超過其所能稱量的范圍10 kg,顯示重量為“WE:……”然后會自動發(fā)出報(bào)警聲,發(fā)光二極管不斷閃爍。

2 電子秤設(shè)計(jì)原理

首先是將被測物放在稱重的托盤上,通過傳感器所感受的壓力對信號進(jìn)行收集,然后將其轉(zhuǎn)變成電壓信號,但是由于收集到的輸出電壓信號通常是很小的,所以需要對前端信號進(jìn)行處理。通過放大器對所測量的電壓信號進(jìn)行線性放大,然后放大后的模擬信號再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號,由單片機(jī)進(jìn)行處理。其次由單片機(jī)對其進(jìn)行程序處理,通過在顯示器上顯示物品的質(zhì)量,單價(jià)和總價(jià)。最后通過人機(jī)交互部分及矩陣鍵盤的設(shè)置，從而改變總價(jià)[2]。

現(xiàn)在的技術(shù)相對而言比較復(fù)雜,主要以模塊化為主,先簡單化完成各部分的主要設(shè)計(jì),再連接各部分模塊組合成一個完整的設(shè)計(jì)。電子秤的硬件部分主要分為幾個模塊,包括數(shù)據(jù)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、液晶顯示模塊和人機(jī)交互模塊[3]。如圖1所示。

圖1 稱重的硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Hardware structure diagram of weighing

另外,在原有的電子秤基礎(chǔ)上,加上一個超重模塊,當(dāng)被測物品的重量超過它所能達(dá)到的最大量程,蜂鳴器就會發(fā)出報(bào)警聲,同時(shí)LED燈會隨著蜂鳴器的警報(bào)聲閃爍[4-5]。

3 器件的選型

單片機(jī)在電子秤的設(shè)計(jì)中,占有核心地位,對單片機(jī)的選擇也是極為重要。單片機(jī)的種類有很多,所以在選取單片機(jī)時(shí),主要考慮以下因素:市場貨源、單價(jià)成本、實(shí)現(xiàn)功能。表1給出了兩種單片機(jī)的性能對比。

表1 AT和STC系列單片機(jī)的對比Table 1 Contrast of AT and STC series single chip microprocessors

通過以上兩種系列的單片機(jī)的對比,選擇STC89C52RC單片機(jī),它是基于AT89C51/52系列單片機(jī)的更優(yōu)款。STC89C52RC使用的是經(jīng)典的C51單片機(jī)的內(nèi)核,但是它在傳統(tǒng)的C51單片機(jī)上做了一些改進(jìn),使得該芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)所不具備的新功能。在芯片上,STC89C52RC的片內(nèi)存儲器采用閃速存儲器,并且它支持SPI-ISP在線編程,使程序?qū)懭敫臃奖?提高了調(diào)試效率,縮短了開發(fā)周期;使得STC89C52RC為許多單片機(jī)應(yīng)用程序的系統(tǒng)提供了更加有效,更加快速的解決方案。同時(shí),它的價(jià)格也是相對低廉,一塊STC89C52RC芯片售價(jià)5元左右,因簡單低廉而性價(jià)比高[6-7]。

4 主程序流程圖

圖2給出了單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的流程圖。

圖2 主程序流程圖Fig.2 Main program flow chart

首先對單片機(jī)、液晶屏進(jìn)行初始化,然后打開STC89C52RC單片機(jī)的中斷T0和T1,讀取由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換而來的數(shù)據(jù),判斷是否超過最大量程,如果超過10 kg就發(fā)出報(bào)警,沒有超出量程就顯示被測物的質(zhì)量。然后再判斷按鍵按下的功能,最后計(jì)算出總價(jià)[8-9]。

5 電路設(shè)計(jì)與仿真分析

首先,按照原理圖焊接實(shí)物,然后再用萬用表檢查各個部分是否焊接正常,是否有虛焊、漏焊或連焊等,對比原理圖并檢查各個元器件是否連接正確。其次,用proteus進(jìn)行仿真,將程序燒錄進(jìn)仿真軟件,分析能否實(shí)現(xiàn)所想要實(shí)現(xiàn)的功能,不斷調(diào)試程序并達(dá)到最佳效果。第三,把程序燒錄進(jìn)單片機(jī)中,進(jìn)行實(shí)物演示。使用標(biāo)準(zhǔn)的砝碼對其進(jìn)行誤差檢測,將其誤差減小到最小[10]。電子秤仿真圖見圖3。

圖3 電子秤仿真圖Fig.3 Electronic scale simulation diagram

6 電路測試與分析

經(jīng)過以上測試方案,實(shí)物能夠基本實(shí)現(xiàn)稱重、設(shè)置單價(jià)、計(jì)算總價(jià)等,并且超過10 kg發(fā)出報(bào)警功能。但是電子秤還有一定的誤差,對電子秤進(jìn)行誤差分析,修改傳感器的特定參數(shù)值,然后再分別用砝碼測試了20 g、50 g、200 g、300 g、400 g和500 g的顯示數(shù)據(jù),誤差小于5 g,其具體實(shí)物如圖4所示。

圖4 手機(jī)的稱重質(zhì)量顯示Fig.4 Weighing quality display of mobile phone

由以上圖片可以看出,電子秤在稱重誤差允許范圍內(nèi),達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

電子秤的具體測試結(jié)果如下表2所示。

表2 電子秤的稱重結(jié)果Table 2 Weighing results of electronic scales

通過以上表格數(shù)據(jù),可以計(jì)算出電子秤的誤差在5g左右,達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。

當(dāng)打開電子秤開關(guān)時(shí),電子秤顯示歡迎界面,然后電子秤顯示在稱重界面。當(dāng)把手機(jī)放在稱重傳感器上時(shí),液晶顯示器顯示稱重重量,就測得手機(jī)的重量為0.230 kg。當(dāng)稱重質(zhì)量超過傳感器最大稱量范圍10 kg時(shí),電子秤會發(fā)出報(bào)警聲。

7 總結(jié)

設(shè)計(jì)一款以STC89C52RC單片機(jī)為核心的電子秤,分析了電子秤的構(gòu)成即硬件電路的構(gòu)成和軟件電路的設(shè)計(jì),以及STC89C52RC單片機(jī)的各個引腳的功能。各個模塊構(gòu)成了整個電子秤的系統(tǒng),該電子秤能夠?qū)崿F(xiàn)它的基本功能,應(yīng)用在所需的場合。但是仍然存在一些不足,如在調(diào)試程序時(shí)考慮如何減小電子秤的測量誤差;在后期設(shè)計(jì)中,考慮增加電子秤語音播報(bào)、顯示日歷、電子時(shí)鐘等功能。