基于單片機的高精度電子秤

段生銳 唐思源 李培林

摘? 要： 隨著科技和社會發展，人們的生活發生日新月異的變化，生活品質也在不斷提高，電子秤更新換代的速度更是驚人，由以前沉重復雜變的靈活小巧，精度也不斷提高，最主要的是成為家家戶戶必不可少可靠的稱量工具，由于它的功能越來越豐富，越來越人性化，得到了廣大人民群眾的青睞，大街小巷都能發現它的身影。通過基于單片機的高精度電子秤設計，又進一步的完善了傳統電子秤所存在的不足，更加方便了人們的生活。

關鍵詞： 傳感器;高精度;單片機

【Abstract】： With the development of science and technology and society， the life of people changing， the quality of life also in unceasing enhancement， electronic scale renewal speed is amazing， by previous heavy complicated flexible small， also improve accuracy， the main is to be a reliable weighing necessary tools for every family， because of its function is more and more rich， more and more humanized， got the favour of the people， the streets can be found. Through the design of high precision electronic scale based on single chip microcomputer， and further improve the traditional electronic scale existing shortcomings， more convenient people's life.

【Key words】： Sensor; High precision; Electronic scale

0? 引言

電子秤是配備有電子設備的秤。由于它們種類繁多，涉及貿易結算和保護消費者利益，因此受到世界各國政府的廣泛關注和重視。它被確定為該國希望強加的法律衡量工具。目前廣泛應用于農業、手工業等領域，與人們的生活利益息息相關。隨著電子信息技術和高精度測量等技術的快速發展，傳統的測量工具在形式、智能化、便攜性和準確性等方面已經不能滿足要求。只有不斷改進和改進設備，提高性價比，才能得到消費者和廣大公眾的認可和青睞。

1? 系統功能描述及方案設計

1.1? 功能描述

（1）使用高精度的壓力傳感器使其測量范圍為精確到0-10千克。

（2）運用具有24位的轉換芯片對來自傳感器 的信號實行轉換。

（3）單片機主要控制芯片為STC89C52單片 機，用于實現稱重等功能。

（4）人機交互采用的是4*4矩陣鍵盤，操作起來方便。

（5）帶超范圍報警功能塊，配蜂鳴器和LED燈完成報警。

（6）系統采用USB供電，USB線也可串行下載。

1.2? 系統方案設計

整個系統由五個模塊，稱重傳感器模塊，A/D轉換器模塊，LED顯示模塊，矩陣鍵盤模塊和傳感器模塊。系統硬件電路包括A/D轉換模塊，4×4矩陣鍵盤模塊，LED模塊和傳感器模塊;軟件模塊可分為一個主程序模塊，一矩陣鍵盤掃描模塊，一A/D轉換模塊和液晶顯示模塊。首先，由壓力變化所產生的電壓信號被測力傳感器收集，該模擬信號轉換成A/D轉換器的數字信號，數字信號被發送到單芯片微型計算機，單芯片進行相應的處理。該過程控制液晶顯示器，然后顯示的信息要顯示給用戶[1]。

2? 硬件設計

單片機硬件圖如圖所示。

首先，利用重量傳感器對被測物體進行檢測，并輸出電壓信號。該傳感器對信號進行分析、調理和轉換。單片機采集測量數據，計算并輸出，然后將數據顯示在液晶顯示屏上。當獲得被測物品的質量后，用戶通過鍵盤輸入該物品的單價，該物品的總價則會在電子秤上出現。供電系統會給單片機、電路和傳感器供電，保證正常運行。

2.1? 稱重傳感器模塊

電阻應變式稱重傳感器是彈性物體在外力作用下發生彈性變形，它的電阻應變儀也一起變形，而應變表的電阻值在應變表變形后發生變化，由于應變表在平衡橋型的情況下是連接在一起的，應變表的電阻值的變化會導致橋梁不平衡，而信號是從表面輸出的，從而完成了將外力轉化為信號的過程[2]。

2.2? A/D轉換設計模塊

通過稱重傳感器電路將物品的重量信息轉換為電壓信號后，得到的信號屬于模擬信號。模擬信號只能被轉換成數字信號之后被提供給MCU（單片機）MCU（單片機）處理該數字信號。因此，模擬量必須輸入到微控制器進行處理，并且執行模數轉換。輸出電壓信號在使用前必須放大，因為應變片本身變形小，輸出電壓信號變化不大，直接使用不方便。在此過程中，放大器電路的精度、穩定性和A/D轉換精度直接影響電子秤的稱重精度、反應時間等。實驗選擇了一種用于高精度電子秤的專用A/D轉化芯片HX711因為放大電路與A/D轉換電路的單獨設計復雜，元件數量多，精度無法保證。[3]

2.3? LCD模塊

此電子秤是以顯示屏來呈現稱重的結果。為了更直觀、方便、清晰地顯示稱重信息，采用了高亮度液晶顯示和漢字顯示功能。重量、單價、商品數量等信息更詳細、清晰地顯示在一個顯示屏上，用戶可根據需要通過“單位”開關按鈕在“公斤”、“斤”、“千克”、“克”之間進行切換。

2.4? 矩陣鍵盤模塊

鍵盤電路模塊的設計是為了方便用戶使用電子秤，快捷地進行功能操作和參數配置。電子秤使用的是4×4矩陣鍵盤，數字鍵0～9用于設置單價參數，*為小數點，A為“復位”功能鍵，B為“累加”功能鍵，C為“削皮”功能鍵，D為“單位”切換功能鍵，#為“存儲”功能鍵。用戶通過鍵盤按鍵操作相應的功能[4]。

2.5? 傳感器模塊

稱重傳感器在電子秤中占有十分重要的位置，被喻為電子秤的心臟部件，它的性能好壞很大程度上決定了電子秤的精確度和穩定性本設計采用電阻應變式電阻應變式稱重傳感器包括兩個主要部分，一個是彈性敏感元件：利用它將被測的重量轉換為彈性體的應變值;另一個是電阻應變計：它作為傳感元件將彈性體的應變，同步地轉換為電阻值的變化。電阻應變片所感受的機械應變量一般為10–6–10–2，隨之而產生的電阻變化率也大約在10–6–10–2數量級之間。這樣小的電阻變化用一般測量電阻的儀表很難測出，必須采用一定形式的測量電路將微小的電阻變化率轉變成電壓或電流的變化，才能用二次儀表顯示出來。在電阻應變式稱重傳感器中通過橋式電路將電阻的變化轉換為電壓 變化[5]。

3? 系統軟件及主程序流程圖

3.1? 軟件設計

為了方便電子秤設計的一系列要求完成，程序設計采用從上到下、模塊化、結構化的設計，逐步實現每一個功能，各功能間相互獨立，模塊與模塊間都能相互協調配合完成任務，用以實現具體的功能。軟件部分用于執行初始化系統、數據處理、按鍵測試以及顯示數據等操作。主程序初始化系統，子程序模塊化結構方便矩陣鍵盤掃描模塊、A/D轉換模塊、數據處理和LCD顯示模塊的檢測和調試。系統初始化后，按鍵檢測重物，直到完成測試，整個操作過程中，程序以有序協調的方式實現電子秤的功能[6]。

3.2? 主程序流程圖

4? 結論

（1）因為本系統是一個簡易電子秤系統，所以最好的測量方法就是通過測量標準砝碼的質量來比對本電子秤系統的測量顯示值。以測量結果顯示值減去砝碼質量再除以砝碼質量得出誤差百分比，同時也可以得出電子秤的精確程度，得到的數據更加精確，結果更加準確。

（2）經實驗，這樣的設計達到的簡易電子秤系統已經達到了題目要求，擁有輸入單價求價格的功能，同時還能滿足價格的疊加在單片機芯片中計算而不用，輸入一個記錄一個值那么麻煩。同時本電子稱系統也完成了去皮功能，清除，復位等功能，而且擁有完整的超重報警模塊。將繼續完善功能并適當拓展，進一步貼近智能化，簡單化提高精準度。

參考文獻

[1]馮春寶， 陳文鑫， 董炎峰， 等. 基于單片機的數字電子秤的設計與實現[J]. 重慶與世界， 2015（7）： 1-3.

[2]王來志， 王小平. 基于電阻應變片式傳感器的電子秤設計[J]. 物聯網技術， 2014（2）： 58-60.

[3]蘭羽， 王納林. 基于儀表放大器電子秤的設計[J]. 信息技術， 2012（11）： 134-136.

[4]羅及紅. 一種高精度的電子秤設計[J]. 計算機測量與控制， 2010， 18（8）： 1955-1957.

[5]程智. 簡易電子秤的設計[J]. 電子世界， 2013（7）： 133-133.

[6]羅莎. 計算機中C語言的應用特點分析[J]. 計算機光盤軟件與應用， 2012（7）： 165-166.