【正文】 ................................................................................32數(shù)字電子秤的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要 單片機作為計算機發(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，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)計實物采用 AT89S52 單片機進行制作，設(shè)計成的實物將能顯示稱量范圍內(nèi)物品的重量、調(diào)節(jié)物品的價格以及顯示被秤物品的金額，充分體現(xiàn)了單片機的優(yōu)越性。本設(shè)計主要針對傳感器、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行組合設(shè)計。對電子秤的信息采集處理、自動稱重、信息顯示等進行了簡單設(shè)計和實物制作，闡明了用單片機在電子秤設(shè)計中的工作原理以及各個主要模塊中的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換等內(nèi)容。在軟件方面，采用更為簡潔、方便、高級的 C 語言程序設(shè)計，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上，稱是必不可少的測重工具。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，人們對商品度量的速度和精度也提出了新的要求。從 20 世紀 70 年代開始，在世界范圍內(nèi)掀起了一股“電子秤熱” ，各先進工業(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，在工作原理、材料和結(jié)構(gòu)上都是全新的計量衡器。數(shù)顯電子秤的設(shè)計是通過壓力傳感器采集到被測物體的確切重量并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號。輸出的電壓信號通常會很小，需要相應(yīng)的放大電路進行準確的線性放大。放大后的模擬電壓信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號量被送入到主控電路的單片機中，再經(jīng)過單片機控制譯碼顯示器，就可以顯示出被測物體的確切重量。 隨著市場的需求以及技術(shù)性能的要求，電子秤的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢主要有以下幾個方面： （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。對于低量程的電子平臺秤，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)，鋼板就是秤體的臺面，稱重傳感器既是傳感元件，又是承力的支點，這就極大地減化了秤體結(jié)構(gòu)，減少了活動連接等環(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 對于某些電子衡器，例如小型電子平臺秤、專用秤、靜動態(tài)電子軌道衡等等，都可以實現(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)過固溶熱處理強化的鋁合金板，或通過在 4 個角上鉆孔和銑槽分別形成 4 個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 對于大型的承載器結(jié)構(gòu)，比如大型的靜動態(tài)電子汽車衡，已經(jīng)開始采用幾種長度的標準結(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。同時還降低了成本，增強了企業(yè)的市場競爭能力。 （4）智能化 電子衡器的稱重顯示控制器與電子計算機組合，利用電子計算機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，這就是當今市場上采用微機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)律就是不斷的加強基礎(chǔ)研究并擴大相應(yīng)的應(yīng)用，擴展新的技術(shù)領(lǐng)域，向相鄰學科和行業(yè)滲透，綜合各種技術(shù)去解決稱重計量、信息處理等問題。對某些商用電子計價秤來說，只單單具備稱重、計價、顯示、打印這些功能還是遠遠不夠的，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動化緊密結(jié)合在一起，使稱重、計價、進庫、銷售管理一體化，實現(xiàn)管理自動化。這就要求電子計價秤能與電子計算機聯(lián)網(wǎng)，把稱重系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)組成一個完整的綜合控制系統(tǒng)。 （6）組合性 在工業(yè)稱重計量過程中，不少稱重計量系統(tǒng)還要求具有可組合性，就是指測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行修改。 現(xiàn)在市場上使用的稱量工具，有些是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有些是運行不可靠，成本高，精確穩(wěn)定性也不好，調(diào)整的時間長，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。所以有針對性地開發(fā)出一套有實用價值的電子秤系統(tǒng)，從技術(shù)上克服上述諸多缺點，改善電子秤系統(tǒng)在應(yīng)用中的不足之處，具有現(xiàn)實意義。2 設(shè)計思路 新事物的產(chǎn)生必然會有新科技的推動，電子秤及其各種技術(shù)發(fā)展到今天有了特別巨大的進步。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)代社會要求測量必須達到更高的準確度、更小的誤差、更快的速度、更高的可靠性。 設(shè)計要求 （1）基本要求設(shè)計并制作一款基于單片機的數(shù)字電子秤。 （2）具體要求本設(shè)計的內(nèi)容是以 AT89S52 單片機為控制核心，實現(xiàn)電子秤的基本策略及價格計算功能。外圍電路主要有電源模塊、信號采集模塊、信號放大積分模塊、數(shù)據(jù)處理存儲模塊、顯示模塊、電壓報警模塊六部分組成。單片機最小系統(tǒng)部分主要包括 AT89S52 單片機、經(jīng)典復(fù)位電路和晶振電路；信號采集模塊由稱重傳感器、信號放大和 A/D 轉(zhuǎn)換部分組成，信號放大和 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 實現(xiàn)；人機交互界面為鍵盤輸入和點陣式液晶顯示，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、金額。 （3）主要設(shè)計功能如下： ① 可實現(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、可以輸入單價并能自動計算總價的功能； ③ 超出最大測量范圍 10Kg 時應(yīng)有報警指示功能（蜂鳴器報警提示） 。 設(shè)計方案的確定 過查找資料和論證，結(jié)合所學知識，可通過以下方案來實現(xiàn)課題要求實現(xiàn)的指標，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 單片機處理 LED 顯示圖 21 數(shù)碼管顯示方案簡圖 此方案利用數(shù)碼管顯示物體重量，簡單可行，可以采用內(nèi)部帶有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機。由此設(shè)計出的電子秤系統(tǒng)，接口電路易于實現(xiàn)，硬件部分簡單，并且在編程時大大減少程序量，在電路結(jié)構(gòu)上只有簡單的輸出輸入關(guān)系。缺點是：硬件部分簡單，雖然可以實現(xiàn)電子稱基本的稱重功能，但是不能實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)的輸入，無法根據(jù)實際情況靈活地設(shè)定各種控制參數(shù)。由于數(shù)碼管只能實現(xiàn)簡單的數(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，不能達到顯示購物清單的要求。又因為采用了具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機，系統(tǒng)電路過于簡單，系統(tǒng)硬件的擴展必受到限制，電子秤的功能過于單一，達不到設(shè)計的標準。 方案二 在前一種方案的基礎(chǔ)上進行擴展，增加一鍵盤輸入裝置，增加外界對單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)設(shè)定，使電子稱實現(xiàn)稱重計價的功能。結(jié)構(gòu)簡圖如圖 22 所示。圖 22 帶有鍵盤輸入的結(jié)構(gòu)簡圖 此方案設(shè)計的電子秤，可以實現(xiàn)稱物計價功能，但用數(shù)碼管，在顯示時只能顯示單價、購物總額以及簡單的貨物代碼等。在顯示重量時，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，對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，而且動態(tài)掃描時處理不好易出現(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需要另行擴展足夠多的 I/O 接口供數(shù)碼管使用，比較麻煩。 方案三 前端信號處理時，選用放大、信號轉(zhuǎn)換等措施來增加信號采集強度但會增加相應(yīng)的設(shè)計成本；顯示方面采用具有字符圖文顯示功能的 LCD 顯示器。這種方案不僅加強了人機交換的能力，而且滿足設(shè)計要求，可以顯示購物清單、所稱量的物體信息等相關(guān)內(nèi)容，當需要增加擴展功能時可以通過切換液晶顯示界面的方式來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集 AD 轉(zhuǎn)換 單片機處理 LED 顯示按鍵處理 結(jié)構(gòu)簡圖如下圖 23 所示。數(shù)據(jù)采集AD 轉(zhuǎn)換 單片機處理 LCD 顯示按鍵處理信號放大圖 23 帶有鍵盤輸入及液晶顯示的結(jié)構(gòu)簡圖 鑒于上述三種方案的優(yōu)缺點，本系統(tǒng)在設(shè)計時充分考慮到系統(tǒng)的實用性及成本的可行性的前提下，不僅能夠達到設(shè)計要求，而且使硬件電路設(shè)計模塊達到最簡優(yōu)化。最終采用方案三來作為本次設(shè)計與制作的思路。 電子秤的主要組成 通過以下部分的介紹，可以對電子秤的主要模塊以及工作原理有一個大概的了解。 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量求值的信號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應(yīng)，并有良好的線性關(guān)系；有較高的靈敏度；對被稱物體的狀態(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，接收信息進行處理后再下達命令進行總的支配和控制。其具體來說主要是把電子秤從外圍傳來的各種信號，通過相應(yīng)的邏輯關(guān)系，計算處理數(shù)據(jù)，再把處理好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的模塊進行顯示和控制。 現(xiàn)在市場上主要有各種芯片，如單片機，F(xiàn)PGA，還有各種專用的電子秤核心芯片。當然由于專用芯片的技術(shù)性和專一性強，本設(shè)計不考慮用電子秤的專用芯片。此外，對電子秤芯