基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)

于雯雯

（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧大連 116037）

0 引言

電子秤在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，由于其測(cè)量精度高、使用簡(jiǎn)單、重量值和價(jià)格讀取直觀，因此取代了傳統(tǒng)的以桿平衡為原理的機(jī)械秤。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于電子秤的功能要求也越來越多，除了能夠稱量物體以外，還需要能夠計(jì)算和顯示價(jià)格。以單片機(jī)作為核心控制芯片，設(shè)計(jì)一款電子秤，應(yīng)用Altium Designer 18 軟件設(shè)計(jì)電子秤的硬件電路，運(yùn)用Keil 軟件設(shè)計(jì)出電子秤的控制程序，使用該電子秤能夠精確測(cè)量0～5 kg 的物體。該電子秤不僅能夠精確測(cè)量物體重量，還能輸入單價(jià)、計(jì)算物體總價(jià)并顯示出來。

1 總體設(shè)計(jì)方案

所設(shè)計(jì)的電子秤可實(shí)現(xiàn)基本的稱重功能，稱重范圍為0～5 kg，重量誤差≤±0.005 kg；能夠輸入物體的單價(jià)，準(zhǔn)確計(jì)算出被秤物體的總價(jià)；被稱物體的重量、單價(jià)、總價(jià)可以通過顯示屏顯示出來；當(dāng)被秤物體的重量超過最大測(cè)量范圍5 kg 時(shí)，電子秤能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，電子秤應(yīng)包含數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)放大模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊和按鍵處理模塊，電子秤設(shè)計(jì)方案框圖如圖1 所示。

圖1 電子秤系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的電子秤除了控制核心單片機(jī)以外，還包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、由稱重傳感器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集電路、由A/D 轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的信號(hào)放大和A/D 轉(zhuǎn)換電路、由LCD1602 構(gòu)成的顯示電路、矩陣鍵盤電路和報(bào)警電路，其硬件電路如圖2 所示。

圖2 電子秤硬件電路

電子秤的核心控制單元采用STC89C52 單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)放大模塊和A/D 轉(zhuǎn)換模塊由壓力傳感器和A/D 轉(zhuǎn)換芯片組成。本設(shè)計(jì)選擇雙孔懸臂平行梁電阻應(yīng)變式稱重傳感器，量程為5 kg，精度為0.01%，它利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。稱重傳感器采集的壓力信號(hào)是模擬量，且傳感器應(yīng)變產(chǎn)生的電信號(hào)也比較弱，通常只有幾十mV；單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算處理的都是數(shù)字信號(hào)，因此單片機(jī)無法直接處理運(yùn)算模擬量，必須將傳感器產(chǎn)生的微弱信號(hào)進(jìn)行放大處理，再將處理過的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，提供給微處理器處理。模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換芯片就是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，采用HX711 作為A/D 轉(zhuǎn)換芯片，這是電子秤常用的一種A/D 轉(zhuǎn)換芯片，它是24 位的高精度A/D 轉(zhuǎn)換芯片，與單片機(jī)的接口和編程都比較簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)都是由單片機(jī)引腳驅(qū)動(dòng)，不需要對(duì)HX711 內(nèi)部的寄存器進(jìn)行編程。單價(jià)的輸入需要通過按鍵完成，因?yàn)榘存I較多，使用獨(dú)立鍵盤會(huì)占用較多I/O口，因此采用矩陣鍵盤。HX711 的PD_SCK 引腳與單片機(jī)P2.0引腳連接在一起，DOUT 引腳與單片機(jī)P2.1 引腳連接。電子秤采用LCD1602 顯示被稱量物體的重量、單價(jià)和總價(jià)，第一行顯示重量和單價(jià)，第二行顯示總價(jià)。LCD1602 的VSS 引腳接地，VDD 引腳接電源，VEE 引腳接103 電位器的中間，電位器兩端分別接電源和地。控制引腳RS 接單片機(jī)P1.0 引腳，RW 接單片機(jī)P1.1，E 接單片機(jī)P1.2。數(shù)據(jù)引腳D0～D7 分別接單片機(jī)的P0.0～P0.7。背光控制引腳15 接電源，16 引腳接地。矩陣鍵盤連接在單片機(jī)的P3 口上，P3.0～P3.3 連接矩陣鍵盤的行線，P3.4～P3.7 連接矩陣鍵盤的列線。鍵盤要能完成單價(jià)的輸入，即數(shù)值輸入，當(dāng)輸入錯(cuò)誤時(shí)可以撤銷錯(cuò)誤輸入并修改；單價(jià)輸入后系統(tǒng)可以根據(jù)物體的重量計(jì)算出總價(jià)。所設(shè)計(jì)電子秤稱重范圍是0～5 kg，為了防止稱量物體超過稱重范圍，設(shè)計(jì)超重報(bào)警電路，該電路由蜂鳴器和PNP 型三極管組成。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)I/O 引腳輸出的電流較小，驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路，這里采用三極管作為驅(qū)動(dòng)電路，通過三極管放大驅(qū)動(dòng)電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音。報(bào)警電路的連接如原理圖2所示，蜂鳴器正極與三極管集電極連接，蜂鳴器負(fù)極接地，三極管發(fā)射極接電源，基極接單片機(jī)P1.3 引腳。當(dāng)P1.3 引腳為低電平的時(shí)候，蜂鳴器響；當(dāng)P1.3 引腳為高電平時(shí)，蜂鳴器不響。這樣通過控制P1.3 引腳輸出狀態(tài)可以控制蜂鳴器的工作。

3 程序設(shè)計(jì)

電子秤程序主要有3 部分重要內(nèi)容：①將稱重傳感器上獲得的模擬電壓信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過程序處理轉(zhuǎn)換成重量值，并寫入到LCD1602 中顯示出來；②通過按鍵可以輸入被稱量物體的單價(jià)，輸入錯(cuò)誤時(shí)可以撤銷輸入；③可以根據(jù)被稱量物體的重量和單價(jià)計(jì)算出物體的總價(jià)。

主程序流程如圖3 所示，程序開始應(yīng)該先對(duì)LCD1602 液晶顯示器進(jìn)行初始化，然后顯示器顯示電子秤初始畫面，界面包括重量、單價(jià)和總價(jià)3 個(gè)部分，初值都為0；單片機(jī)讀取在沒有重物的情況下A/D 傳感器輸出值，即皮重；蜂鳴器響一次提示電子秤準(zhǔn)備好了。接著單片機(jī)循環(huán)讀取A/D 輸出值并轉(zhuǎn)換成重量值寫入LCD1602 顯示出來。系統(tǒng)查詢矩陣鍵盤中是否有鍵按下，如果有鍵按下執(zhí)行相應(yīng)的按鍵程序。

圖3 主程序流程

4 結(jié)束語

設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的小型電子秤，其稱重范圍在0～5 kg，重量誤差≤±0.005 kg，能夠稱量物體重量并顯示，能夠輸入物體的單價(jià)并顯示，能夠計(jì)算物體的總價(jià)并顯示。該電子秤測(cè)量精確度高，使用簡(jiǎn)單直觀，電子秤電路所使用的芯片和材料成本低廉，可滿足日常稱重需求。