基于單片機的便攜電子稱設計

崔偉嬌

摘要：隨著工業生產和市場交易的發展以及社會生活水平的提高，當前的電子秤特別是體積大、重量大、便攜性差、電源供電不便臺式電子秤已經很難滿足眾多的應用場景的需求。而當前商場超市和普通居民家中使用的電子秤工作原理也相對落后，同時不具備便攜性。

關鍵詞：電子秤

1.引言

衡器就是通過對能夠作用于被測和檢測質量物體的某些重力部件進行衡量作用以及用來確定這些被測物體質量品質的一種用于計量用的工具。在整個工業衡器的設計生產制造技術不斷發展以及歷史演化過程中，先后主要發展涌現出六種不同類型的工業衡器：高懸架盤式秤和天平、不等臂式和平臺平衡秤、吊車平臺秤、傾斜象和無限式拉桿秤、彈簧自動秤和箱式自動秤。其中，不等臂臂式平臺平衡秤（"十進秤"）已經發展成為當今整個國際上用于動態檢測軌道衡的各種科學檢測技術中的鼻祖，至今它仍然被廣泛認為已經是最普遍的和通用的一種平臺秤。

電子秤系列傳統系列產品總的發展趨勢主要可以分為三種：系統的小型化，模塊式，集成式，智能化;其主要控制系統技術優點特征主要有兩個方面：一是控制系統運行時工作速率高，準確度好，穩定性強，可靠性好;其主要控制功能特征傾斜于被稱重貨物計量系統中的其他控制符號信息和非被稱重貨物計量系統中其他控制符號信息相互結合的"智能化"控制功能;它們在主要應用領域的特點就更明顯地趨向于整體性和組合式。

便攜式商用電子秤的軟件和硬件控制系統主要包括自動應變式電子稱重設備的傳感器，放大器，模數轉換器，單片機系統，按鍵/鍵盤啟動控制開關，LCD數字顯示器，打印機等部分組件。

2.設計方案

硬件測試電路設計是一個直接關系決定電子測試實驗儀器產品質量和測試性能的重要關鍵。便攜式激光智能分析儀器的軟硬件體系結構設計以輕巧、簡單、低成本的使用功耗、高效率的使用成本等各種基礎性的硬件設計作為其基本原理，盡量減少了使用各種集成化的儀器芯片，減小了集成電路板的尺寸。本書第一部分章節主要是針對便攜式家用電子秤各種工作單位和電路的工作特點做了詳盡的介紹，并就幾種類型家用電子秤各種工作單位及各種電子秤的工作單位和電路分別進行了設計和論述。

本課題便攜式電子秤需要實現的技術指標目標為：

（1） 量程：0～15kg

（2） 分度值：0.005kg

（3） 誤差：±0.005kg

（4） 功能特點：自動開機自檢、去皮、計價、清零、自動關機休眠、中文字幕及全液晶電視顯示、過載或者過壓報警;該檢測儀器如果沒有在其主機上執行正常的稱重驅動操作，則5分鐘后，系統會自動將其轉換為休眠工作狀態，從而降低了驅動電源的能耗。

便攜式商用電子秤的軟件和硬件控制系統主要包括自動應變式電子稱重設備的傳感器，放大器，模數轉換器，單片機系統，按鍵/鍵盤啟動控制開關，LCD數字顯示器，打印機等部分組件。單片機式電子秤的軟硬件設計方案框圖如下圖2-1所示。

3.電子秤主程序

稱重重力傳感器系統可以通過感應檢測到被輸入檢測物質量的內部重力，并同時輸出一個微弱毫伏電壓等級的額定電壓。該回路電壓控制信號經由一臺電子秤中一個專用的數字模擬/音頻數字（a/d）數字音頻模擬信號電路轉換器組成控制電路芯片，并通過采用a/hx711對數字音頻信號傳感器模塊中的數字音頻模擬信號調理電路模塊進行數字音頻信號調理和模擬信號電路轉換。hx711采用來自美國德州海芯智能電子科技基于先進的高頻集成電路等多項實際國家專利研發技術，是一種特別為高標準、高性能精度商用智能電子秤而進行自主研發設計創新開發和自主研制設計生產的新設計的24位高頻功率a/d數字信號控制轉換器高頻控制系統芯片，它主要內置一個具有高度可變性和高功率增益性的高頻控制，精度高，性能穩定。hx711芯片主要是由2條直流線以串行的總線方式將其連接起來到一個單片機上來進行數據通信。單片機器件可以直接讀取被音頻檢測器收到的音頻數據，進行數字計算和信號轉換，再在整個液晶屏上進行展現。

應變式自動稱重測量傳感器之間的運動誤差，主要形成原因之一是由于稱重傳感器自身的非線性、不良的重復性以及運動滯后等基本特征。在實際生產使用的操作過程中，由于儀器周圍環境的溫度變化也很有可能會直接導致溫度傳感器零點系數漂移及其他傳感器的溫度系數漂移發生較大改變。所有這些傳感器錯誤均已成功通過各種錯誤補償和微處理器措施，以減少傳感器中的錯誤并在設計和制造傳感器時達到最小的錯誤級別，其余組件很難再進行糾正，它們中的錯誤可以用作偶然的錯誤，以進行正確的補償和校正。

4.總結

本文的設計方案是基于當今社會的需求，研究范圍包括傳感器、計算機和信息處理等學科研究領域。在制定項目計劃，儀器硬件設計和軟件開發時，必須進行充分而仔細的考慮。本文所設計的智能化便攜電子秤具有精度高、輕巧便攜、操作簡單的優勢，并兼具稱量和質檢功能并且具備常用的計算能力，能夠充分滿足我國企業貿易及大中型城市居民住房的使用需求，項目的標準要求與OIML（國際法制計量組織）建議基本吻合，與國際水平接軌。

受研究時間和本人知識結構的制約，設計過程中不可避免地存在一些問題，有待于今后不斷學習、提高。

參考文獻

[1]Design and analysis of digital sensors and measurementtechnology enable Industry PID Controllerin MCU andFPGA. LEEK， KIMY. International SoC DesignConference ISOCC. 2018

[2]Sensors 4.0-smart 4.0. SCHTZEA， HELWIGN，SCHNEIDERT. Journal of Sensors and Sensor systems.2018

[3]卜曉雪，王朝陽，石磊.電子計價秤防作弊措施思考[J].工業計量.2019（02）

[4]高明華，楊根紅，沈文波.一種新型智能電子秤系統的開發[J].現代電子技術. 2017（14）

[5]葛海江.基于HX711的高精度電子稱重研究[J].電子測試.2019（10）