基于單片機的超市電子計價秤的設計

摘要：本文介紹了基于AT89S55單片機的超市電子計價秤的設計方案，給出了硬件線路結構圖及軟件程序模塊。本系統(tǒng)將稱重與計價相結合，具有實用電子稱和收銀機雙重功能；通過條碼掃描器輸入貨物名稱、單價等參數(shù)提高了電子計價秤的使用效率；具有通信功能，便于上微機的管理，實現(xiàn)了網絡化管理 。在測量精度、靈敏度、穩(wěn)定性和性價比上有明顯改善。該儀器具有成本低、可靠性高、實用性強等特點。

關鍵詞：單片機；電子計價秤；超市

中圖分類號：TH837 文獻標識碼：B 文章編號：1009-3044(2008)11-20377-03

1 綜述

隨著電子計算機技術和網絡通信技術的發(fā)展，一個全球化的電子商務時代正在向我們走來，在大中型商場和連鎖超市中，信息的網絡化管理正在作為一種趨勢被普遍采用，網絡集成商在這方面的業(yè)務也在不斷增加。現(xiàn)在，在以經營零售業(yè)務為主的商場及連鎖超市中具有銷售終端多樣化的特點。如對于水果、副食品等以商品的重量作為計價依據(jù)的零散物品的銷售仍離不開商用秤；研制帶有條碼閱讀器的超市電子計價秤，對商場超市的信息網絡管理，實現(xiàn)商用秤在商場、超市中的應用，提高產品的市場競爭力具有重要意義。

2 系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)能用鍵盤和條碼閱讀器設置單價，加重后能同時顯示重量、金額和單價；具有去皮功能和總額累加計算功能；能顯示購物清單、商品名稱或代號，清單內容包括：商品名稱、數(shù)量、單價、金額、本次購物總金額；購貨日期和收銀員編號；售貨單位名稱。且全部內容采用中文顯示。根據(jù)需要實現(xiàn)顯示、打印等功能，或者對數(shù)據(jù)進行必要的處理后送交上位機，由上位機對數(shù)據(jù)進行再處理，滿足了生成報表、存儲、稱重管理、誤差分析等功能。系統(tǒng)設計如圖1所示。

硬件電路模塊分為 A/D接口模塊、單片機接口模塊（主機模塊）、人機聯(lián)系模塊（LCD 顯示器接口）、通信接口模塊等幾個模塊。軟件模塊又可分成監(jiān)控程序（包括初始化、顯示管理、中斷管理等）、中斷處理程序及各種測量和監(jiān)控算法等功能模塊。

3 硬件設計

3.1 傳感器的選擇

要達到設計的性能要求，傳感器的精度起著決定性作用，本系統(tǒng)選用高精度電阻應變式傳感器。該傳感器的工作原理為：采用全橋式等臂電橋為基本線路，用敏感元件——箔式電阻應變片作為橋臂并粘貼在金屬懸臂梁的彈性表面上，當外力對彈性體（彈性元件，敏感梁）作用時，電橋相對橋臂的電阻應變片（轉換元件）受到拉伸或壓縮#應變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），從而使電橋失去平衡，產生相應的差動信號，供后續(xù)放大電路測量和處理。

3.2 模擬輸入通路接口

因稱重傳感器轉換后的電壓信號是幅度很小的微伏級信號，很難直接進行模擬轉換，因此需要對該模擬信號進行放大處理。本系統(tǒng)選用集成運放OP07 構成三運放同相輸入并串聯(lián)差動放大器電路[1]，以滿足測量精度的要求。該放大電路具有較強的抑制共模信號的能力，能將差模信號放大到足夠大的倍數(shù)，且可以提高靈敏度，減小非線性，差模放大倍數(shù)數(shù)值愈大，共模抑制比愈高。，當輸入信號中含有共模噪聲時，也將被抑制。該電路實現(xiàn)雙端輸入，雙端輸出，通過調節(jié)可調電阻W1可以調節(jié)放大倍數(shù)。U3構成電壓跟隨器，通過調整輸入端電位器W2 ，以調整U3輸出，再與U2輸出相加，使傳感器壓力為零時，電路輸出電壓也為零，即對電路調零。該電路實現(xiàn)簡單，能實現(xiàn)較大放大倍數(shù)的放大。根據(jù)需要將傳感器電壓變化0.1mv/kg，放大1000 倍后為 0.1v/kg，滿足ICL7135的電壓輸入要求，無須進一步轉換。如圖2所示：

該放大電路具有較強的抑制共模信號的能力，能將差模信號放大到足夠大的倍數(shù)，且可以提高靈敏度，減小非線性。該電路實現(xiàn)雙端輸入，雙端輸出，通過調節(jié)可調電阻W1可以調節(jié)放大倍數(shù)，通過調整輸入端電位器W2以調整輸出，使傳感器壓力為零時，電路輸出電壓也為零，即對電路調零，該電路實現(xiàn)簡單，能實現(xiàn)較大放大倍數(shù)的放大，根據(jù)需要將傳感器電壓變化0.1mv/g，放大10000 倍后為1v/g，滿足ICL7135的電壓輸入要求，無須進一步轉換。

3.3 單片機功能簡介

本系統(tǒng)采用AT89S55 單片機，實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)采樣、串口通訊、LCD顯示、按鍵處理等功能[2]。

3.4 模數(shù)轉換接口電路

A/D轉換器位數(shù)的確定與整個測量控制系統(tǒng)所需測量的范圍和精度有關，本系統(tǒng)選擇高精度4位半雙積分型A/D轉換器ICL7135 ，其輸出電壓為-2V——+2V，輸出的數(shù)字信號是BCD碼，無須單片機進一步轉換ICL7135精度高，有較強的抗干擾能力，具有精確的差分輸入，輸入阻抗高，可自動調零，全部輸出與TTL 電平兼容，利用單片機獲得對應的萬、千、百、十、個位的BCD碼

3.5 鍵盤顯示接口電路

采用LCM240128ZK中文點陣液晶顯示屏顯示計價秤工作的各種情況。它是240×128點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，顯示漢字內容15x8行，內含7602個簡體中文字型，提供中/英文文字對齊功能，內建粗體字形與行距設定，對比度軟件調節(jié)，用戶可自建字庫。在本系統(tǒng)中，針對超市電子計價秤對鍵盤的特殊需要，我們采用PS/2鍵盤。滿足了我們電子計價秤需要漢字輸入、貨物存儲等等一系列功能的需要。

3.6AT89S55與PC機通信接口

AT89S55與PC機的串行接口進行串行通信，將采集到的數(shù)據(jù)傳送給PC機處理和保存。采用MAX232芯片實現(xiàn)TTL電平和RS232電平的轉換，在串行通信前，發(fā)送和接收要約定具體的數(shù)據(jù)格式和波特率(通信協(xié)議)。AT89 S55與PC機之間的通信協(xié)議是：波特率9600， 8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，無奇偶校驗位[3]。

3.7 條碼掃描器內部結構和工作原理

條形碼掃描內部結構主要由以下部分組成：光電掃描電路!放大整形電路!譯碼接口電路等，如圖3所示。條形碼掃描器光源發(fā)出的光線經凸透鏡1照射到條形碼，反射光經透鏡2聚焦照射到光電轉換器上，通過放大整形電路轉換成相應的0，1數(shù)字信號，譯碼電路按照相應的編碼原則將其轉換成對應的數(shù)字、字符信息，通過接口電路送給計算機進行數(shù)據(jù)處理與管理，完成條形碼辨讀的過程。

3.8 條碼掃描器與單片機的接口設計：

目前，條形碼掃描器常用接口有串行口、PS/2口、USB口、RJ245電話接頭等，本次選用TYYSO公司KB/RS232型的條形碼掃描器，該掃描器配有PS/2，RS232兩個標準接口。我們選用標準的PS/2鍵盤接口和單片機通信。PS/2接口為6針接口，其中只有4根有用，具體定義為：1為NC(未定義)、2為SIO(數(shù)據(jù)線)、3為VCC、4為GND、5為NC(未定義)、6為SCK(時鐘線)、標準PS/2接口鍵盤數(shù)據(jù)通信格式和鍵盤發(fā)送數(shù)據(jù)的時序圖如圖4所示。

由于PS/2接口的條形碼掃描器數(shù)據(jù)通信格式與時序同于鍵盤，當SIO和SCK同時為高電平時，條形碼掃描器可以發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機，如果單片機將SCK拉低，則禁止條形碼掃描器發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，只需單片機在要接收數(shù)據(jù)前，先把SCK和SIO都拉高，釋放總線，條形碼就能自行控制總線，完成數(shù)據(jù)正確發(fā)送，但主機可在任意時刻拉低SCK來終止掃描器發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)時序圖，可把時鐘的第1個下降沿作為條形碼掃描器開始發(fā)送數(shù)據(jù)的標志。因此，可接至單片機的外部中斷0引腳上，采用中斷方式完成數(shù)據(jù)的接收，以后每個時鐘下降沿時刻，送出的數(shù)據(jù)有效，上升沿改變數(shù)據(jù)，其同步時鐘頻率約為10-20kHz，周期為50-100μs，按照上述時序進行操作，單片機可正確讀取所有數(shù)據(jù)。

4 軟件設計

系統(tǒng)的軟件主要包括7個模塊：主程序模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，顯示模塊，稱重和計價管理模塊、串行通信模塊、條碼掃描器管理模塊、打印購物清單等[4]。

(1)主程序模塊：主程序模塊主要完成系統(tǒng)及可編程芯片的初始化及按需要調用各模塊。

(2)數(shù)據(jù)采集模塊：該模塊完成對數(shù)據(jù)的采集及處理，采用中斷讀取A/D轉換數(shù)據(jù)。首先啟動A/D轉換，然后等待連續(xù)的5次中斷，將每次中斷所對應的各位BCD碼讀出，之后存儲在內部RAM單元。采用16次滑動平均數(shù)字濾波方法提高測量的穩(wěn)定性和精確性。

(3)顯示模塊：主要用于顯示各級菜單、實時顯示貨物重量、單價、總價等參數(shù)。

(4)串行通信模塊：該模塊完成串行口的初始化、波特率和數(shù)據(jù)格式的設置，并將采集的數(shù)據(jù)傳給PC，以便于上微機的管理，實現(xiàn)網絡化管理 。

(5)稱重和計價管理模塊：主要完成去皮、調零、稱重、計價、累加等功能。

(6)打印購物清單模塊：主要完成打印購物清單等功能。打印內容包括：貨物名稱、重量、單價、總價、時間、日期、收銀員等。

(7)條碼掃描器模塊：主要完成從條碼掃描器輸入貨物名稱、單價等參數(shù)。

5 結論

本文創(chuàng)新點如下：（1）以單片機為核心的智能稱重系統(tǒng)設計的實現(xiàn)，提高了稱重測量的智能化程度，在測量精度、靈敏度、穩(wěn)定性和性價比上有明顯改善；（2）將稱重與計價相結合，具有實用電子稱和收銀機雙重功能，且成本低、可靠性高、實用性強等特點；（3）從條碼掃描器輸入貨物名稱、單價等參數(shù)提高了電子計價秤的使用效率；（4）具有通信功能，便于上微機的管理，實現(xiàn)了網絡化管理。

參考文獻：

[1] 肖奇軍等，智能電子稱重系統(tǒng)，肇慶學院學報，2005，26(2):51-53.

[2] 陳 安 ， PIC單片機在超市收銀臺自動傳送帶中的應用，工業(yè)控制計算機，2004，17(8):43-44.

[3] 賈轉紅，PC機與多臺單片機實時通信系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，微計算機信息， 2007，(1):143-145.

[4] 任治斌， MCS51單片機在電子皮帶秤自動化中的應用，現(xiàn)代電子技術，2005，(14):73-74.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文