基于STM32的電子秤設計與應用

駱琳+冬瑛

（中國計量大學 浙江杭州 310018）

摘要：電子秤是利用稱重傳感器作為變換元件，把被稱物體的重量按一定的比例關系轉換成與其相應的電信號，用電子儀表進行測量和顯示的裝置。本系統以STM32單片機為主控芯片，外圍附以稱重電路、顯示電路、報警電路、鍵盤電路等構成智能稱重系統電路板，從而實現自動稱重系統的稱重功能、報警功能、數據計算功能以及人機交換功能。可以說，此設計所完成的電子秤很大程度上滿足了應用需求。

關鍵詞： STM32；電子秤；人機交換；傳感器

基于單片機的步進電機控制系統設計要求利用改變脈沖的頻率和順序來實現步進電機的速度調節，啟動、停止，正轉、反轉等一系列功能。通過的單片機和計算機通信、人機界面設計實現對步進電機的遠距離監控和控制。人機界面由VB語言來設計，它們之間的通信是通過RS232的串口實現的。

1 步進電機的控制方法

SCM（Single Chip Microcomputer）是把組成微型計算機的中央處理器、存儲器、輸入輸出接口電路、定時器或計數器等制作在一塊集成電路芯片中，它具有小巧、低功耗、指令系統豐富等優點。

PLC（Programmable Logic Controller）是以微型計算機為核心的一種工控機。其控制方案能事先進行模擬調試，自身設計采用了冗余措施和容錯技術。由于PLC通用性強，編程操作方便，擴展靈活，可靠性高。

FPGA（Field Programmable Gate Array）它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

由于單片機集CPU、RAM、ROM、CTC、I/O于一體，具有集成度高、軟件資源豐富、控制功能和位尋址功能強、軟硬件的設計比較方便，因此本設計采用單片機來控制步進電機。

1.1改變控制方式的變速控制

在四相步進電機中，啟動或者停止時，用四相八拍，大約在0.1s以后，改用四相四拍的分配方式；在快達到終點時，在采用四相八拍的控制方式，以達到減速控制的目的。

1.2均勻地改變脈沖時間間隔的變速方式

步進電機的加速、減速控制，可以用均勻地改變脈沖時間間隔來實現。例如。在加速控制中，可以均勻地減少延時時間間隔；在加速控制中，則可以均勻地增加延時時間間隔。所以，改變傳送控制字的時間間隔既改變延時時間，即可改變步進電機的控制頻率。這種控制的優點是，延時時間不受限制，使得步進電機的工作頻率變化范圍較寬。

1.3采用定時器的變速控制

在本次設計中，采用單片機內部的定時器來提供延時時間。實現的方法是將定時器初始化，每隔一定的時間，有定時器向CPU申請一次中斷。CPU相應中斷后，便發出一次控制脈沖。此時，只要均勻地改變定時器時間常數，就可以達到均勻加速或減速的目的。采用這種控制方法可以提高控制系統的效率。具體的實現方式見程序程序設計部分。

2 上位機的設計考慮

上位計算機的人機互動界面采用VB語言來編寫。VB是Visual Basic簡稱，是Microsoft公司推出的一種Windows應用程序開發工具。是一種可視化的、面向對象、采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用在Windows環境下各種應用程序的開發。在Visual Basic環境下，利用事件驅動的編程機制、新穎易用的可視化設計工具，使用Windows內部的廣泛應用程序接口（API）函數，動態鏈接庫（DLL）、對象鏈接與嵌入（OLE）、開放式數據連接（ODBC）等技術，可以高效、快速地開發Windows環境下功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統今世界上使用最廣泛的編程語言之一，被公認為是編程效率最高的一種編程方法。另外，PC計算機與單片機系統通信控制，特別是利用VB（或VC）編程語言進行控制界面設計控制對象的操作是單片機系統應用發展的最前端技術，也是單片機多年來得以生存的主要原因。

3 上位機與硬件設備的通信

MSComm控件全稱為Microsoft Communications Control，是Microsoft公司提供的串行通信編程ActiveX控件，它既可以用來提供簡單的串行端口通信功能，也可以用來創建功能完備的、事件驅動的高級通信工具。使用MSComm控件可以建立串行端口的連接，通過串行端口連接到其它通信設備，發出命令，交換數據，以及監視和響應串行連接中發生的事件和錯誤。在程序設計中，可以在OnComm事件處理函數中加入自己的處理代碼，一旦事件發生，即可自動執行該段程序。程序響應及時，可靠性高。

1.MSComm控件通信步驟

完成以下步驟，就可以構建自己的串行通信傳輸系統了：加入通信部件即MSComm對象；設置通信端口號，即CommPort屬性；設置通信協議，即HandShaking屬性；設置傳輸速度等參數，即Setting屬性；設置其它參數，必要時再加上其它屬性設置；打開通信端口，即PortOpen屬性設置成True；送出字符串或讀入字符串，使用Inport及Output屬性；使用完MSComm通信對象后將通信端口關閉，即將PortOpen屬性設置成False；

2.Visual Basic程序訪問串口的方式

串行端口的本質功能是作為CPU和串口設備間的編碼轉換器。當數據從CPU經過串行端口發送出去時，字節數據被裝換成串行的位；在接收數據時，串行的位將被轉換為字節數據。

要完成數據的傳輸，在操作系統一邊，Windows使用通信驅動程序以便應用程序能夠使用標準的Windows API函數來發送和接收數據。使用MSComm控件時，實際上就是使用了API函數，API函數將被Comm.drv解釋并傳輸給外圍設備驅動程序。在設計過程中只需設置和監視通信控件MSComm所提供的屬性或事件，以驅動API函數的接口完成工作。

對于串口通信，Windows為相應的串口設備開放了用戶定義的輸入緩沖區和輸出緩沖區，應用程序只能對輸入/輸出緩沖區進行操作，數據進出串口的操作均由系統后臺完成。以接受為例，系統每接收到一個字符就產生一個低級的硬件中斷，系統的串口驅動程序將接收到的字符送入緩沖區，此時應用程序就可以通過訪問輸入緩沖區得到的字符信息。

4 結語

利用STM32單片機為微控制器的下位機系統和以計算機為上位機的步進電機控制系統，用軟件編程代替咯步進控制器，使得電路簡化，成本降低，可靠性增加，可以靈活的改變步進電機的控制方案，不需要邏輯電路組成時序發生器，軟件編程可靈活產生步進電機勵磁序列來控制步進電機的運行速度和方向。用這種方式設計步進電機控制系統順應了目前國內外控制系統微機化發展的趨勢，充分利用了單片機的優點，使得通用性得到了提高。

參考文獻：

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