智能電子秤的設(shè)計

朱斯琪 董志遠 西南石油大學機電工程學院

智能電子秤的設(shè)計

朱斯琪 董志遠 西南石油大學機電工程學院

電子秤是電子衡器中的一種，是測定物體質(zhì)量的一種重要工具，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、科研、交通、內(nèi)外貿(mào)易等各個領(lǐng)域，與人民的生活緊密相連，是不可缺少的計量設(shè)備。本系統(tǒng)的設(shè)計基于電阻應(yīng)變式稱重傳感器的全橋式稱重原理。硬件電路主要是基于單片機AT90C51為核心的控制單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，采用壓力傳感器對數(shù)據(jù)進行采集，電子秤專用24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711對傳感器采集到的模擬量進行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到單片機進行處理，數(shù)據(jù)顯示由LCD12864液晶實現(xiàn)，該系統(tǒng)具有自動校準功能，能夠完成商品的稱重和商品價格計算。其稱重范圍為5.00～500.00g。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

電子秤 AT90C51單片機 數(shù)據(jù)采集 HX711 液晶顯示

1 硬件電路的設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計方案

通過數(shù)據(jù)采集模塊產(chǎn)生電壓信號，再經(jīng)放大電路把信號放大后輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸入控制模塊，根據(jù)需要對控制模塊編寫程序以便于數(shù)據(jù)處理，用控制模塊進行數(shù)據(jù)處理和對A/D轉(zhuǎn)換的控制，再由控制模塊輸出顯示信號，通過顯示電路進行顯示。

1.2 傳感器模塊方案

本設(shè)計采用電阻式壓力傳感器作為稱重傳感器，在電阻應(yīng)變式稱重傳感器中，通過全橋式電路將力的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化。電阻式壓力傳感器是由在同一個平面上不同方向的4個電阻組成惠斯通電橋。

當R1=R2=R3=R4時，Uo=0，此時電橋處于平衡狀態(tài)。當壓力作用在電阻式壓力傳感器時，電阻便會發(fā)生改變，R1=R-△R，R2=R+△R，R3=R-△R，R4=R+△R，此時輸出電壓Uo為：U=kεE(E=5V)。

1.3 模擬信號處理模塊方案

本系統(tǒng)選擇使用HX711作為信號處理模塊的主要芯片。HX711內(nèi)部不僅集成了信號放大模塊，而且包含了一款高精度的24位A/ D轉(zhuǎn)換器。不僅如此，HX711內(nèi)部還集成了完成放大和轉(zhuǎn)換功能所需要一些外圍電路，比如穩(wěn)壓電源，時鐘振蕩器等。它的優(yōu)點是精確度高，成本低，抗干擾能力強卓越且響應(yīng)迅速。此外，HX711與單片機之間主要是通過管腳來驅(qū)動的，接口電路簡單，不需要對芯片內(nèi)的寄存器進行編程。

1.4 單片機模塊方案

本系統(tǒng)采用AT90C51作為控制核心。AT90C51是一種具有高性能的CMOS 8位微處理器，它帶有8K字節(jié)閃爍可編程可擦除的只讀存儲器，具有16位定時器2個，32條可編程的I/O線，且價格低廉，C語言程序編寫容易，控制方便。

1.5 鍵盤模塊方案

本系統(tǒng)選擇4*4矩陣薄膜鍵盤，4*4矩陣薄膜鍵盤屬于薄膜開關(guān)的一種，由上電路、面板、下電路、隔離層四個部分組成，內(nèi)部集成了16個小的按鍵開關(guān)，并按矩陣式排列。不僅外形美觀、體積小，而且密封性強，具有防塵、防潮等優(yōu)點。

1.6 顯示模塊方案

系統(tǒng)中顯示模塊應(yīng)該主要用于顯示物體的重量、單價、總價，因此選用合適的顯示模塊非常重要。本系統(tǒng)采用LCD液晶顯示，液晶顯示模塊在單片機應(yīng)用中使用較多。它內(nèi)容豐富，還擁有很多數(shù)碼管不具備的優(yōu)點。LCD12864是一種不帶中文字庫的液晶顯示器，其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令。

2 系統(tǒng)程序設(shè)計

軟件方面，程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。

主程序模塊如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖

3 總結(jié)

本系統(tǒng)的設(shè)計基于電阻應(yīng)變式稱重傳感器的全橋式稱重原理。采用了電阻式壓力傳感器對數(shù)據(jù)進行采集，電子秤專用24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711對傳感器采集到的模擬量進行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到單片機進行處理，數(shù)據(jù)顯示由LCD12864液晶實現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠可以數(shù)字顯示被稱物體的重量，并完成商品的稱重和商品價格計算。電子秤稱重范圍5.00g～500.00g；重量小于50g，稱重誤差小于0.5g；重量在50g及以上，稱重誤差小于1.0g，而且具有去皮功能。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于分析、操作方便。

[1]黃繼昌主編，傳感器工作原理及應(yīng)用實例.人民郵電出版社，1998

[2]康華光主編，陳大欽副主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分).第5版.北京：高等教育出版社，2006

[3]張齊，杜群主編，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù).電子工業(yè)出版社，2007