便攜式防水藍牙電子秤設計

姚遠+周偉+鮑承毅+彭磊+王秋菊

摘 要：隨著無線通訊技術的發展，國內外快遞業務中包裹的實時稱重需求，加上快遞物流過程中對物品掉包、丟包現象的監測，以及具有較大空氣濕度等場合的稱重，都亟需開發一種便攜式的防水藍牙電子秤。基于藍牙無線通信技術，以單片機STC89C52為控制核心，外加數據采集、放大電路、鍵盤顯示、電源部件、防水外殼等，實現了一種便攜式的防水藍牙電子秤的軟硬件設計。該電子秤具有便攜、壽命長、防水、無線傳輸等優點，具有一定推廣應用價值。

關鍵詞關鍵詞：藍牙通信；電子秤；單片機；無線通訊技術

DOIDOI：10.11907/rjdk.161515

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）008-0059-03

0 引言

電子秤是一種利用傳感器技術、電子技術和計算機技術開發的電子稱量裝置，它可以快速、連續、自動、精準地進行稱量，并且能高效地消除人為方面的誤差。電子秤已廣泛應用于社會生活、工商貿易、能源交通、冶金礦山、輕工食品、醫藥衛生、航空航天等不同領域[1]。傳統的電子秤主要是實現稱量實時獲取重量數據，而在一些具有RS232/以太網通信接口的電子秤傳輸稱重數據時由于采用電纜通信，因而具有電纜鋪設麻煩、移動稱量不便的缺點[2]。隨著無線通訊技術的發展，開發具有無線通信接口的電子秤，促進數據通信向無線數據傳輸發展，具有現實意義[3]。特別是隨著國內外快遞業務的發展，快遞包裹隨時隨地收發過程中的便捷稱重需求，快遞物流過程中對物品掉包、丟包等現象的監測[4]，以及具有較大空氣濕度等場合的稱重[5]，都亟需開發一種便攜式的防水藍牙電子秤，該電子秤的成功開發將具有極大的社會應用價值。

本文在藍牙無線通信技術的基礎上，以單片機STC89C52為控制核心，外加數據采集、信號放大、鍵盤顯示、電源電路、報警電路、防水外殼等實現了便攜式防水藍牙電子秤設計，系統框架如圖1所示。其原理如下：當被測重物加載在秤盤上時，位于秤盤下方的稱重傳感器將產生與被測載荷成正比的微弱電壓信號，該電壓信號經放大、A/D轉換后送至單片機，單片機處理后由多位數碼管顯示被測物體的質量，可通過薄膜矩陣鍵盤電路選擇電子秤的不同功能和輸入單價等，重量數據等信息可實時顯示在LED模塊，并可通過藍牙接口無線傳送至終控電腦、手持式平板電腦、PDA、Android等終端設備。

1 便攜式防水藍牙電子稱硬件設計

1.1 單片機核心板設計

系統控制器選用51系列單片機STC89C52，具有8KB Flash存儲器，可通過USB串口適配器對單片機程序進行下載及燒寫[6]。接口設計如下：P0.0-0.7為LED八段驅動口，P1.0-1.2為LED驅動芯片TA6932的數據通信口；P2.0-2.3為鍵盤的行線，P2.4-2.7、P1.3-1.4為鍵盤的列線；P1.5-1.6為AD數據接口， P1.6為報警接口；P3.0-3.1為藍牙通信接口。

1.2 稱重傳感器選擇

電阻應變式壓力傳感器具有穩定性好、壽命長、精度與靈敏度高等特點[7]，因此選用的是電阻式應變片鋁制壓力傳感器（最大40Kg），其梁內粘貼有多個應變片組成的電橋，可自動補償溫度變化帶來的影響，靈敏度是2.0±10%mv·v-1。

1.3 A/D轉換濾波電路設計

HX711是內部集成有穩壓電源、片內時鐘振蕩器的24位A/D轉換芯片，具有集成度高、內置增益控制、響應速度快、抗干擾能力強等優點[8]。HX711與單片機的連接十分簡單，只需要時鐘和數據口線，工作電路如圖2所示。

1.4 數碼管顯示電路設計

TA6932是LED驅動控制專用電路，內部集成了MCU接口、數據鎖存器、LED驅動接口等[9]。數碼管顯示電路由TA6932驅動的16位共陰極數碼管組成，3組數碼管組分別顯示商品的重量（5位）、單價（5位）以及價格總額（6位）信息（其中重量數碼管組顯示的重量單位是g，單價和總額單位是分）。

1.5 薄膜矩陣鍵盤、報警電路設計

便攜式防水藍牙電子秤采用全密封粘貼4*6薄膜矩陣式鍵盤，有數字0～9，有清零、去皮、刪除、累加、多位存儲等功能按鍵，具防水防潮功能。

當測量重量超過量程（30Kg）時，便攜式防水藍牙電子秤的報警接口驅動蜂鳴器鳴響，報警燈亮。

1.6 藍牙通信接口設計

藍牙（Bluetooth）技術是一種短距離無線通信技術，它能簡化移動設備與因特網之間以及移動設備與移動通信終端設備之間的通信，從而使因特網與現代通信設備之間的數據傳輸變得更加快速與高效，為無線通信拓寬道路[10]。散式網絡結構以及快跳頻和短包技術都支持點對點及點對多點之間的通信，工作在全球通用的2.4GHz頻段，采用時分雙工傳輸方案，可實現全雙工傳輸，其數據速率可達1Mbps，從而使移動用戶擺脫電纜的束縛，實現設備之間低成本的無線高效互連通信。

便攜式防水藍牙電子秤選用SH-HC-06藍牙通信模塊實現無線通信，該模塊采用英國CSR公司BlueCore4-Ext芯片遵循藍牙V2.0 + EDR藍牙規范，支持UART接口[11]。其中，單片機STC89C52的TXD、RXD

分別與藍牙模塊RXD、TXD相連。

1.7 電源供電設計

便攜式防水藍牙電子秤供電由變壓器、整流器、濾波器、穩壓器、充電電路及低電壓報警電路等組成[12]。針對電子秤電池欠壓后繼續使用導致計量不準和電瓶壽命縮短的現象，設計了專門的電瓶電壓檢測電路，當電瓶電壓到低電壓閾值時，系統自動報警，提示充電。

1.8 便攜防水外殼設計

電子秤外殼采用ABS材料一次注塑成型，體積小、重量輕。在外殼的上蓋和下蓋之間采用U型槽扣合設計；在傳感器、電源線的進出線纜處采用密封膠墊封閉；在薄膜按鍵下設置有矩陣型U型導流小槽；由一整張開有透明窗口的面貼覆蓋顯示和按鍵部分。上述手段實現了防水防潮，進而保證電路板不被破壞。

2 便攜式防水藍牙電子稱軟件設計

2.1 主程序設計

便攜式防水藍牙電子秤的軟件采用C語言編寫，采用模塊化設計。主要模塊有：AD模數轉換、均值濾波、數碼管顯示、鍵盤掃描、超負荷報警檢測、防抖、藍牙通信等。其主程序流程如圖3所示。

2.2 無線通信設計

藍牙通信設計主要包括藍牙初始化、數據發送與接收以及斷開藍牙設備連接等幾個過程，其流程如圖4所示。

3 便攜式藍牙電子秤測試分析

便攜式藍牙電子秤的稱重范圍為0～30kg，分度值為1g，誤差不超過0.2%。參考國家標準《非自動秤通用檢定規程JJG555-1996》[13]，用M1級的檢定砝碼進行測試（實驗室砝碼），測試結果如表1所示。由測量數據可知，便攜式藍牙電子秤存在一定誤差，該誤差主要是秤重傳感器的誤差導致。

4 結語

便攜式藍牙防水電子秤借助藍牙通信接口，將稱重等信息傳送至電腦終端、手持式平板電腦、PDA、Android手機等終端設備，與條形碼系統相結合，配合ERP或物流管理系統，可提升工作效率，減少因人為疏失而造成的錯誤，可應用于倉儲管理、貨運速遞、物流等行業。該便攜式藍牙防水電子秤的手機APP正在開發中。

參考文獻：

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[13]中華人民共和國國家計量檢定規程，JJG555-1996非自動秤通用檢定規程[S].北京：國家技術監督局，1996.

（責任編輯：孫 娟）