【正文】 ................................................................................32數(shù)字電子秤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要 單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要分支，信息處理速度不僅快而且處理能力特別強(qiáng)，是現(xiàn)代絕大多數(shù)電子產(chǎn)品最重要的核心部分。本設(shè)計(jì)實(shí)物采用 AT89S52 單片機(jī)進(jìn)行制作，設(shè)計(jì)成的實(shí)物將能顯示稱量范圍內(nèi)物品的重量、調(diào)節(jié)物品的價(jià)格以及顯示被秤物品的金額，充分體現(xiàn)了單片機(jī)的優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)傳感器、放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器以及 LCD 液晶顯示器等電子秤主要硬件電路模塊進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。對(duì)電子秤的信息采集處理、自動(dòng)稱重、信息顯示等進(jìn)行了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和實(shí)物制作，闡明了用單片機(jī)在電子秤設(shè)計(jì)中的工作原理以及各個(gè)主要模塊中的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。在軟件方面，采用更為簡(jiǎn)潔、方便、高級(jí)的 C 語言程序設(shè)計(jì)，修改方便且不易出現(xiàn)故障。關(guān)鍵詞 電子秤；傳感器；單片機(jī)THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF DIGITAL ELECTRONIC SCALEABSTRACTSinglechip microputer as a important branch of the development of puter, information processing not only fast and particularly strong processing capacity, is the most important core part of most modern electronic products. This design objects made of AT89S52 MCU design into physical can show the weight of the weighing scale items, adjust the price of the goods, as well as shown by the amount of the balance items, fully embodies the advantages of single chip microputer. This design mainly aimed at the sensor, amplifier, A/D converter, and LCD liquid crystal displays and other electronic scale bination design main hardware circuit modules. The information collection and handling of electronic scale, automatic weighing, information display and so on has carried on the simple design and real production, illustrates the working principle in design of electronic scale MCU and the main modules of data acquisition, conversion, etc. In the aspect of software, a more concise, convenient and advanced C language program design, modify convenience and not easy to fail.KEY WORDS electronic scale。sensors。singlechip microputer1 緒論 物品稱量是市場(chǎng)交易中很基本的內(nèi)容，是商業(yè)領(lǐng)域最基本的衡具。在日常生活中，到處必須用到稱，尤其是現(xiàn)代超市和一些其他交易市場(chǎng)上，稱是必不可少的測(cè)重工具。隨著人們生活水平的不斷提高，商業(yè)行為也越來越現(xiàn)代化，人們對(duì)商品度量的速度和精度也提出了新的要求。從 20 世紀(jì) 70 年代開始，在世界范圍內(nèi)掀起了一股“電子秤熱” ，各先進(jìn)工業(yè)國都很重視傳感器技術(shù)和電子秤的研究、開發(fā)和生產(chǎn)。傳感技術(shù)已經(jīng)成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域，電子秤及其系統(tǒng)生產(chǎn)已經(jīng)成為了重要的新興行業(yè)。 數(shù)顯電子秤是現(xiàn)今生活中常用的電子秤重衡器，在各大超市、物流配送中心、大中型商場(chǎng)都可以見到。數(shù)顯電子秤在結(jié)構(gòu)和原理上取代了傳統(tǒng)的機(jī)械式稱量衡器。與傳統(tǒng)的稱量衡器相比較，數(shù)顯電子秤具有應(yīng)用范圍廣、稱量精度高、易于操作使用等優(yōu)點(diǎn)，在工作原理、材料和結(jié)構(gòu)上都是全新的計(jì)量衡器。數(shù)顯電子秤的設(shè)計(jì)是通過壓力傳感器采集到被測(cè)物體的確切重量并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)。輸出的電壓信號(hào)通常會(huì)很小，需要相應(yīng)的放大電路進(jìn)行準(zhǔn)確的線性放大。放大后的模擬電壓信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)量被送入到主控電路的單片機(jī)中，再經(jīng)過單片機(jī)控制譯碼顯示器，就可以顯示出被測(cè)物體的確切重量。 隨著市場(chǎng)的需求以及技術(shù)性能的要求，電子秤的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面： （1）小型化 裝載體積小、重量輕、高度低。近幾年來新研制的電子秤結(jié)構(gòu)充分體現(xiàn)了小型化發(fā)展方向。對(duì)于低量程的電子平臺(tái)秤，可采用將薄型的圓形傳感器，直接嵌入鋼板底面與稱重傳感器外徑相同的盲孔內(nèi)，形成低外形的秤體結(jié)構(gòu)，鋼板就是秤體的臺(tái)面，稱重傳感器既是傳感元件，又是承力的支點(diǎn)，這就極大地減化了秤體結(jié)構(gòu)，減少了活動(dòng)連接等環(huán)節(jié)，不但降低了成本，而且還提高了穩(wěn)定性和可靠性。 （2）集成化 對(duì)于某些電子衡器，例如小型電子平臺(tái)秤、專用秤、靜動(dòng)態(tài)電子軌道衡等等，都可以實(shí)現(xiàn)秤體與稱重傳感器，鋼軌與稱重傳感器，軌道衡秤體與鐵路線路一體化。如秤體與稱重傳感器一體化的便攜式靜動(dòng)態(tài)電子輪軸秤，大多是用硬鋁合金厚板制成。其結(jié)構(gòu)原理是經(jīng)過固溶熱處理強(qiáng)化的鋁合金板，或通過在 4 個(gè)角上鉆孔和銑槽分別形成 4 個(gè)懸臂梁型稱重傳感器。這就使得秤體與稱重傳感器合二為一。以后者結(jié)構(gòu)的 8t 便攜式動(dòng)態(tài)電子輪軸秤為例子，其尺寸為 700mm500mm30mm，重量約為 24kg。 （3）模塊化 對(duì)于大型的承載器結(jié)構(gòu)，比如大型的靜動(dòng)態(tài)電子汽車衡，已經(jīng)開始采用幾種長度的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模塊，經(jīng)過分體組合，而產(chǎn)生新的品種和規(guī)格。這種模塊化的分體式秤體結(jié)構(gòu)，不僅提高了產(chǎn)品的通用性、可靠性和互換性，而且也提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)還降低了成本，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。 （4）智能化 電子衡器的稱重顯示控制器與電子計(jì)算機(jī)組合，利用電子計(jì)算機(jī)的智能來增加稱重顯示控制器的功能。使電子衡器在原有功能的基礎(chǔ)上，增加推理、判斷、自診斷、自適應(yīng)、自組織等一些智能功能，這就是當(dāng)今市場(chǎng)上采用微機(jī)化稱重顯示控制器的電子衡器與采用智能化稱重顯示控制器的電子衡器的根本區(qū)別。 （5）綜合性 電子稱重技術(shù)的發(fā)展規(guī)律就是不斷的加強(qiáng)基礎(chǔ)研究并擴(kuò)大相應(yīng)的應(yīng)用，擴(kuò)展新的技術(shù)領(lǐng)域，向相鄰學(xué)科和行業(yè)滲透，綜合各種技術(shù)去解決稱重計(jì)量、信息處理等問題。對(duì)某些商用電子計(jì)價(jià)秤來說，只單單具備稱重、計(jì)價(jià)、顯示、打印這些功能還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動(dòng)化緊密結(jié)合在一起，使稱重、計(jì)價(jià)、進(jìn)庫、銷售管理一體化，實(shí)現(xiàn)管理自動(dòng)化。這就要求電子計(jì)價(jià)秤能與電子計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的綜合控制系統(tǒng)。 （6）組合性 在工業(yè)稱重計(jì)量過程中，不少稱重計(jì)量系統(tǒng)還要求具有可組合性，就是指測(cè)量范圍等可以任意的設(shè)定；硬件能夠依據(jù)一定的條件作某些相應(yīng)的調(diào)整，硬件功能向軟件方向發(fā)展；軟件能按一定的程序進(jìn)行修改。 現(xiàn)在市場(chǎng)上使用的稱量工具，有些是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有些是運(yùn)行不可靠，成本高，精確穩(wěn)定性也不好，調(diào)整的時(shí)間長，維修困難，易損件多，能源消耗大。電子秤產(chǎn)品的整體水平不高，部分小企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量差且技術(shù)力量薄弱，缺乏產(chǎn)品的開發(fā)能力，電子秤產(chǎn)品處在低層次。所以有針對(duì)性地開發(fā)出一套有實(shí)用價(jià)值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點(diǎn)，改善電子秤系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實(shí)意義。2 設(shè)計(jì)思路 新事物的產(chǎn)生必然會(huì)有新科技的推動(dòng)，電子秤及其各種技術(shù)發(fā)展到今天有了特別巨大的進(jìn)步。一方面，各種電子元件的類型和功能有所增加；另一方面，現(xiàn)代社會(huì)要求測(cè)量必須達(dá)到更高的準(zhǔn)確度、更小的誤差、更快的速度、更高的可靠性。 設(shè)計(jì)要求 （1）基本要求設(shè)計(jì)并制作一款基于單片機(jī)的數(shù)字電子秤。 （2）具體要求本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是以 AT89S52 單片機(jī)為控制核心，實(shí)現(xiàn)電子秤的基本策略及價(jià)格計(jì)算功能。外圍電路主要有電源模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)放大積分模塊、數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、電壓報(bào)警模塊六部分組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)部分主要包括 AT89S52 單片機(jī)、經(jīng)典復(fù)位電路和晶振電路；信號(hào)采集模塊由稱重傳感器、信號(hào)放大和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成，信號(hào)放大和 A/D 轉(zhuǎn)換部分主要由專用型高精度 24 位 AD 轉(zhuǎn)換芯片 HX711 實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面為鍵盤輸入和點(diǎn)陣式液晶顯示，主要使用 4*4 矩陣鍵盤和 1602 液晶顯示器，可以方便的輸入數(shù)據(jù)和直觀的顯示重量、單價(jià)、金額。 （3）主要設(shè)計(jì)功能如下： ① 可實(shí)現(xiàn)電子稱基本的稱重功能（稱重范圍為 0～10Kg ，重量誤差不大于177。5g ） ； ② 應(yīng)具備顯示重量、可以輸入單價(jià)并能自動(dòng)計(jì)算總價(jià)的功能； ③ 超出最大測(cè)量范圍 10Kg 時(shí)應(yīng)有報(bào)警指示功能（蜂鳴器報(bào)警提示） 。 設(shè)計(jì)方案的確定 過查找資料和論證，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，可通過以下方案來實(shí)現(xiàn)課題要求實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)，各方案介紹如下所述。方案一 數(shù)碼管顯示。數(shù)據(jù)采集 AD 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)處理 LED 顯示圖 21 數(shù)碼管顯示方案簡(jiǎn)圖 此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡(jiǎn)單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。由此設(shè)計(jì)出的電子秤系統(tǒng)，接口電路易于實(shí)現(xiàn)，硬件部分簡(jiǎn)單，并且在編程時(shí)大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡(jiǎn)單的輸出輸入關(guān)系。缺點(diǎn)是：硬件部分簡(jiǎn)單，雖然可以實(shí)現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根據(jù)實(shí)際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)字和英文字符的顯示，不能顯示漢字以及其他的復(fù)雜字符，不能達(dá)到顯示購物清單的要求。又因?yàn)椴捎昧司哂心?shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，系統(tǒng)電路過于簡(jiǎn)單，系統(tǒng)硬件的擴(kuò)展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達(dá)不到設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。 方案二 在前一種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定，使電子稱實(shí)現(xiàn)稱重計(jì)價(jià)的功能。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 22 所示。圖 22 帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 此方案設(shè)計(jì)的電子秤，可以實(shí)現(xiàn)稱物計(jì)價(jià)功能，但用數(shù)碼管，在顯示時(shí)只能顯示單價(jià)、購物總額以及簡(jiǎn)單的貨物代碼等。在顯示重量時(shí)，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，對(duì)大部分字符不能很好的顯示，不僅稱量物體重量的精度必受到限制，而且動(dòng)態(tài)掃描時(shí)處理不好易出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中。這樣在處理輸入輸出接口時(shí)需要另行擴(kuò)展足夠多的 I/O 接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。 方案三 前端信號(hào)處理時(shí)，選用放大、信號(hào)轉(zhuǎn)換等措施來增加信號(hào)采集強(qiáng)度但會(huì)增加相應(yīng)的設(shè)計(jì)成本；顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的 LCD 顯示器。這種方案不僅加強(qiáng)了人機(jī)交換的能力，而且滿足設(shè)計(jì)要求，可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容，當(dāng)需要增加擴(kuò)展功能時(shí)可以通過切換液晶顯示界面的方式來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集 AD 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)處理 LED 顯示按鍵處理 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 23 所示。數(shù)據(jù)采集AD 轉(zhuǎn)換 單片機(jī)處理 LCD 顯示按鍵處理信號(hào)放大圖 23 帶有鍵盤輸入及液晶顯示的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 鑒于上述三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到系統(tǒng)的實(shí)用性及成本的可行性的前提下，不僅能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且使硬件電路設(shè)計(jì)模塊達(dá)到最簡(jiǎn)優(yōu)化。最終采用方案三來作為本次設(shè)計(jì)與制作的思路。 電子秤的主要組成 通過以下部分的介紹，可以對(duì)電子秤的主要模塊以及工作原理有一個(gè)大概的了解。 電子秤的基本結(jié)構(gòu) 電子秤是利用地球上的物體都受到重力作用來確定物體質(zhì)量（重量）大小的測(cè)量儀器，也可用來確定與質(zhì)量相關(guān)的其它量大小、參數(shù)、特性。不管依據(jù)什么原理制成的電子秤均由以下三部分組成： （1）稱重傳感部分 即由非電量（質(zhì)量或重量）轉(zhuǎn)換成電量的轉(zhuǎn)換元件，它是直接與物體接觸把支承力變換成電的或其它形式的適合于計(jì)量求值的信號(hào)所用的一種輔助手段。 按照稱重傳感器的結(jié)構(gòu)形式不同，可以分直接位移傳感器（電容式、電感式、電位計(jì)式、振弦式、空腔諧振器式等） 、應(yīng)變傳感器（電阻應(yīng)變式、盧表面諧振式）或利用磁彈性、壓電和壓阻等物理效應(yīng)的傳感器。 對(duì)稱重傳感器的基本要求是：輸出電量與輸入重量保持單值對(duì)應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對(duì)被稱物體的狀態(tài)的影響要??；能在較差的工作條件下工作；有較好的頻率特性；穩(wěn)定可靠。 （2）數(shù)據(jù)處理部分 數(shù)據(jù)處理部分就像人的中樞大腦，接收信息進(jìn)行處理后再下達(dá)命令進(jìn)行總的支配和控制。其具體來說主要是把電子秤從外圍傳來的各種信號(hào)，通過相應(yīng)的邏輯關(guān)系，計(jì)算處理數(shù)據(jù)，再把處理好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的模塊進(jìn)行顯示和控制。 現(xiàn)在市場(chǎng)上主要有各種芯片，如單片機(jī)，F(xiàn)PGA，還有各種專用的電子秤核心芯片。當(dāng)然由于專用芯片的技術(shù)性和專一性強(qiáng)，本設(shè)計(jì)不考慮用電子秤的專用芯片。此外，對(duì)電子秤芯