彭茗，王凌志，時(shí)慧慧

（南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院，江蘇南京，211167）

0 引言

隨著電子技術(shù)發(fā)展及傳感器技術(shù)廣泛應(yīng)用，電子稱(chēng)重技術(shù)日益成熟。尤其是微處理器的出現(xiàn)，進(jìn)一步發(fā)展了電子稱(chēng)重技術(shù)，電子稱(chēng)量裝置憑借其反應(yīng)靈敏、顯示直接、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)勢(shì)受到大家歡迎。綜合上述因素而設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的智能電子稱(chēng)。

1 系統(tǒng)基本原理

智能電子秤主要工作原理：稱(chēng)盤(pán)上放有物品時(shí)，會(huì)對(duì)傳感器形成一壓力，使得傳感器隨之產(chǎn)生力-電效應(yīng)，將物體的重量轉(zhuǎn)換成與被稱(chēng)物體重量成一定函數(shù)關(guān)系的模擬電信號(hào)，經(jīng)電路放大、濾波，模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，送CPU處理，同時(shí)能從鍵盤(pán)輸入及軟件控制輸出到顯示器或打印機(jī)[1]。

電子秤的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，需考慮器件成本、技術(shù)可行性、實(shí)用性等綜合因素，其系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

圖1 基于單片機(jī)的電子秤硬件方案

2 硬件組成及配件選用

■2.1 信號(hào)采集部分

信號(hào)采集部分主要通過(guò)傳感器傳來(lái)的模擬量信號(hào)送入STC89C52的A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道來(lái)完成信號(hào)的采集。其中的傳感器選擇的是電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器，選用HX711芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

2.1.1 傳感器的選擇

電子稱(chēng)可使用的傳感器型號(hào)規(guī)格繁雜，不同的方案將影響到產(chǎn)品最終的成本價(jià)格、系統(tǒng)性能、尤其是測(cè)量精度及可靠性穩(wěn)定性等，差異很大。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于上述多種因素加以反復(fù)比較、綜合考慮，最終確定采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器相比更適合本設(shè)計(jì)需求。

2.1.2 AD轉(zhuǎn)換芯片選擇

方案1：HX711是24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，專(zhuān)門(mén)為高精度電子秤而設(shè)計(jì)。HX711與同類(lèi)型其它芯片相比，集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類(lèi)型芯片所需要的外圍電路,具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。

方案2：AD7655是在單芯片中集成了6個(gè)16位、快速、低功耗、逐次逼近型ADC。內(nèi)核由4.5V至5.5 V的單電源供電，它具有最大 4 LSBSINL，最高吞吐量可達(dá)250kSPS。該器件具有寬帶寬采樣保持放大器、低噪聲，可處理高達(dá)8 MHz的輸入頻率。

綜合考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用等因素，最終選擇HX711芯片作為我們的AD轉(zhuǎn)換芯片。

■2.2 STC89C52芯片與電路

2.2.1 系統(tǒng)核心STC89C52概述

STC89C52單片機(jī)是系統(tǒng)核心，是8051單片機(jī)系列的升級(jí)換代產(chǎn)品，它的內(nèi)部集成了專(zhuān)用電路,使運(yùn)行更加快速，它的輸入輸出接口豐富，可以輕易實(shí)現(xiàn)多而繁的功能。它是一種低功耗、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，它包含8KB ISP的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器。該器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造、兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)和80C51引腳結(jié)構(gòu)[3]。既可以作為電路的主控制器，又可以作為前端操作系統(tǒng)。它具有可靠性高、功耗低、體積小、系統(tǒng)易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)方面應(yīng)用廣泛[4]。

2.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)主要有晶振電路、復(fù)位電路、和電源電路等組成（見(jiàn)圖2）。

■2.3 顯示功能

本設(shè)計(jì)顯示功能采用LCD12864液晶模塊。LCD12864有著功耗低、體積小、重量輕、超薄等諸多其他顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)，它廣泛應(yīng)用于單片機(jī)控制的智能儀器儀表和小功率電子產(chǎn)品中。該模塊有整體的圖形點(diǎn)陣顯示,所以用它來(lái)顯示圖形和字符，顯示清晰全面。電路圖如圖3所示。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3 LCD12864原理圖

■2.4 現(xiàn)場(chǎng)通信

2.4.1 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是一種近距離無(wú)線通信技術(shù),由于它具有安全性高和受干擾性小的特點(diǎn)近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)單片機(jī)對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)，建立藍(lán)牙模塊與藍(lán)牙手機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙手機(jī)對(duì)單片機(jī)和藍(lán)牙模塊系統(tǒng)的控制。同時(shí)，藍(lán)牙模塊具有與特定藍(lán)牙設(shè)備綁定的功能，將其運(yùn)用在嵌入式安全系統(tǒng)中，可大大提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性[5]。

2.4.2 HC08藍(lán)牙模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將HC-08模塊連接到開(kāi)發(fā)板上，每一個(gè)供電模塊就是一個(gè)藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)，此時(shí)打開(kāi)手機(jī)的藍(lán)牙功能，即可搜索到該藍(lán)牙設(shè)備。

圖4 智能電子稱(chēng)手機(jī)端

在手機(jī)上安裝相應(yīng)的軟件就可實(shí)現(xiàn)與HC-08模塊的無(wú)線通信并且通過(guò)串口引腳可以達(dá)成與單片機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)手機(jī)控制開(kāi)發(fā)板動(dòng)作（見(jiàn)圖4）。

藍(lán)牙電路圖由AMS1117，HC-08等模塊組成，其中AMS1117的作用是將5V的電源降壓成3.3V給HC-08模塊供電，其中開(kāi)發(fā)板預(yù)留了排針，供HC-08芯片使用，見(jiàn)圖5。

圖5 藍(lán)牙模塊原理圖

■2.5 報(bào)警電路

報(bào)警電路由放大電路，蜂鳴器等組成，當(dāng)所稱(chēng)量物體超出最大測(cè)量值時(shí)，P37端口電平變高，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。電路圖如圖6所示。

圖6 報(bào)警電路原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的軟件控制主要組成部分為系統(tǒng)初始化、按鍵檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及顯示等。這幾個(gè)部分全部采用模塊化設(shè)計(jì), 方便在主程序中調(diào)用。系統(tǒng)上電后, 首先進(jìn)行的操作是信號(hào)放大電路的初始化，包括單片機(jī)的初始化、AD模塊的初始化等。然后由傳感器采集數(shù)據(jù), 采集的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后，在液晶模塊上顯示, 如果檢測(cè)到按鍵信號(hào),就根據(jù)按鍵所傳遞的信息，調(diào)用相應(yīng)的子程序。主程序流程圖如圖7 所示。

圖7 系統(tǒng)主程序代碼框架圖

4 調(diào)試與總結(jié)

稱(chēng)重調(diào)試過(guò)程中,依次增大砝碼質(zhì)量，使砝碼的重心在傳感器測(cè)試區(qū)的中心（見(jiàn)圖8）。

圖8 智能電子稱(chēng)樣機(jī)

待顯示值穩(wěn)定后，記下顯示值。通過(guò)多次重復(fù)測(cè)量并記錄砝碼的實(shí)際重量和系統(tǒng)所測(cè)量的值（見(jiàn)表1），砝碼由輕到重一次連續(xù)增加，不要進(jìn)行中途撤去砝碼[6]。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)

基于STC89C52單片機(jī)平臺(tái)，運(yùn)用可有效減少稱(chēng)重誤差的HX711高精度芯片，可使用手機(jī)藍(lán)牙通信或按鍵方式等設(shè)置單價(jià)進(jìn)行總價(jià)計(jì)算，并通過(guò)顯示器顯示計(jì)算結(jié)果，電子秤達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。