基于單片機的電子秤設計與制作

馬欣如

（遼寧科技大學電子與信息工程學院 遼寧省鞍山市 114051）

電子秤在我們生活中使用價值越來越大，是我們在生活中必不可少的稱量衡器。它被廣泛用于許多領域，例如作為生活用品應用于超市中，作為實驗室設備應用于實驗等等。隨著技術的不斷創新，現在的電子秤具備的功能更多，不像傳統稱重衡器那樣單一。

1 電子秤的設計要求

設計電子秤有以下幾個基本要求：

（1）電子秤能夠實現基本的計量稱重功能（稱重范圍為0～30kg，重量誤差不大于±0.005kg）；

（2）電子秤的計量單位為元，能夠測量的最大金額為999.99元，金額誤差小于等于0.01 元；

（3）系統超出最大測量范圍30kg 時，具有警報提示功能；

（4）該電子秤設計同時具備去皮功能和重量校準功能；

2 電子秤的設計原理

電子秤系統主要由單片機最小系統模塊、數據采集與轉換模塊、矩陣鍵盤模塊、LCD 液晶顯示模塊、報警系統模塊五大模塊組成。

首先是將被測物放在稱重的托盤上，被測物的壓力通過壓敏電阻傳感器，此時傳感器會產生彈性形變，改變其本身的電阻阻值，同時輸出與被測物體重量成正比的模擬電壓信號，該模擬電壓信號被放大器線性放大后，經過HX711 模擬數字轉換芯片轉換成可用的數字信號。其次由單片機對其進行程序處理，物品的質量、單價和總價均可以在電子秤的顯示屏上被顯示出來。最后通過人機交互部分及矩陣鍵盤的設置，從而改變總價。

現在的技術相對而言比較復雜，主要以模塊化為主，先簡單化完成各部分的主要設計，再連接各部分模塊組合成一個完整的設計。

除此之外，在原有的電子秤基礎上，加上一個超重模塊，當被測物品的重量超過電子秤所能承受的最大重量時，蜂鳴器會發出聲音同時LED 信號燈閃爍，若想使電子秤恢復正常減輕被測物品重量即可。電子秤的硬件結構圖如圖1所示。

3 器件的選型

設計該電子秤時，考慮多方面因素，在信息控制處理模塊主要使用了AT89C51 單片機。因為經過與不同類型的單片機進行比較，AT89C51 單片機相對來說操作簡單且功能多樣，性能較為穩定，而且成本較低。

電子秤的設計，關鍵是稱重傳感器專用模擬／數字轉換芯片，為達到本設計的高精度和高穩定性要求，系統采用片內集成穩壓電源、時鐘振蕩器等電路的高集成度24 位A/D 轉換芯HX711，其編程簡單、響應速度快，使用時無需外接元件，并具備上電自動復位功能。其引腳名稱與性能如表1所示。

4 主程序流程圖

圖2給出了單片機程序設計的流程圖。

首先對單片機、液晶屏進行初始化，然后打開AT89C51 單片機的中斷T0 和T1，讀取由A/D 轉換器轉換而來的數據，判斷是否超過最大量程，如果超過30kg 就發出報警，沒有超出量程就顯示被測物的質量。然后再判斷按鍵按下的功能，最后計算出總價。

圖1：電子秤的硬件結構圖

圖2：主程序流程圖

5 電路設計與仿真分析

5.1 電子秤仿真圖

如圖3所示。

5.2 傳感器電路圖及測量電路圖

點擊Proteus 軟件左下角運行按鈕，運行仿真。LCD1602 液晶顯示：Welcome to Use Electronic Scale.

緊接著，一聲提示音過后，紅色LED 信號燈點亮，LCD 顯示重量、單價和總價，數值均為0。此時，系統處于等待貨物稱重的狀態。LCD 顯示的3 個參數分別是：WE（Weight，重量的縮寫）、PR（Price,單價的縮寫）和MONEY（表示總價）。

按下‘重量+’或‘重量-’鍵，模擬貨物稱重，稱重范圍為：0～30Kg。重量若大于30Kg，超重報警，蜂鳴器會發出聲音同時紅色LED 信號燈閃爍，LCD 中WE 顯示：-.-。

5.3 按鍵電路

通過矩陣鍵盤輸入單價（PR），最大輸入單價為99.99，可以輸入小數點，單價設置精確到分。比如輸入6.35 元，輸入數字鍵6、圓點鍵和數字鍵3、數字鍵5 即可。

表1：HX711 引腳與性能

圖3：電子秤仿真圖

單價輸入完成，在LCD 顯示屏上自動顯示總價（MONEY），總價可以精確到小數點后2 位；總價最大為999.99 元，大于該值，LCD 顯示‘-.-’表示超出顯示量程。

系統具有校準功能，通過‘校準+’和‘校準-’兩個鍵，可以小范圍（按下1 次，重量顯示改變0.001Kg）校準電子秤顯示的貨物重量。

貨物稱重完成后，點擊‘清除’鍵，清除單價和總價，點擊‘去皮’鍵清除重量顯示，注意去皮鍵兼具清除重量顯示的功能；然后就可進行下次稱重了。

6 總結

隨著社會的進步、科技的不斷發展，電子稱重衡器在不斷的創新發展浪潮中得以新生，逐漸變得更加先進化、智能化。基于AT89C51 單片機設計的電子秤在技術性能上，具有精度更高、速率更快的特點，而模塊化的設計使得該產品具有通用性、靈活性和穩定性，只需稍加修改和擴展，即可具有廣泛的推廣和應用價值，使電子稱重衡器得到更好的發展。