【正文】 attention to by people. This paper presents a new type of multifunctional electronic weighing system .This design is based on the most mon C51 series microcontroller STC89C52 as a control core, it realized the basic functions of electronic scales. This design can acquisition quality accurately, display test data intuitively, set the price for diffident things and automatic alarm when it is over range. At the same time, the system also extends the function of electronic calendar and the thermometer, making the system more intelligent and practical. This paper discusses the background of the subject, how the system scheme is determined, design of the hardware circuit system and software programming. At the end of the paper, the system test results were analyzed. Key Words Electronic scale。 humanputer interaction。因此 自從人類 文明誕生 之日 起，稱重技術(shù)就和人類的經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活 密切相關(guān) ， 同時(shí) 隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步 也 在不斷地革新 。 上述 諸多優(yōu)點(diǎn)是以往任何一種傳統(tǒng)的機(jī)械式 稱重 器具所不具備的，因此 電子 型的 稱重 器具 得到了 很好的發(fā)展 ， 迅 速 得到了普及，目前已經(jīng)占據(jù)了 衡器 市場(chǎng)的 大部分 份額。 電子秤的現(xiàn)狀 及未來(lái) 的 發(fā)展趨勢(shì) 電子秤 從 簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由 簡(jiǎn)陋 到精密 一直在 發(fā)展 。 輕紡工業(yè) ，煤炭能源工業(yè) ， 冶金工業(yè) ， 倉(cāng)儲(chǔ)貨運(yùn) 部 門(mén) 以及 食品 生產(chǎn) 工業(yè) 的 生產(chǎn)過(guò)程基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 中都要用到各式各樣的 電子 稱重儀器 。總之，電子 稱重 技術(shù)在 國(guó)民 經(jīng)濟(jì)發(fā)展和 社會(huì)進(jìn)步中發(fā)揮著 重要的 作用， 已 經(jīng) 越來(lái)越受到 人們 的 重視。 在 二十一 世紀(jì) 的今天，人們希望電子秤可以 使用 更加 方便 ，更加智能化，這也就給電子秤 工 業(yè) 提出 了 更高的要求 。 設(shè)計(jì)的主要任務(wù) STC89C52 單片機(jī) 是 本系統(tǒng)的控制核心，除了實(shí)現(xiàn)電子秤的 稱重 以及 計(jì)價(jià) 功能外 ， 系統(tǒng)還將 實(shí)現(xiàn) 電子 萬(wàn)年歷，電子時(shí)鐘 ， 電子溫度計(jì) 等 功能， 此外還具 有單價(jià)輸入，金額自動(dòng)計(jì)算 ， 超量程 自動(dòng) 報(bào)警 等 功能 。 系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)，稱重傳感器 及其信號(hào)處理模塊 ，數(shù)據(jù)輸入 及結(jié)果顯示 界面，時(shí)鐘和溫度模塊以及電源模塊等 部分組成 。 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的總體框圖如圖 21 所示 ： 圖 平行 梁式 稱重傳感器 STC89C52RC 單片機(jī)（主控 芯片） 單片機(jī) 控制模塊 數(shù)據(jù)采集 部分 點(diǎn)陣式 12864型的 LCD O 4*4 矩陣鍵盤(pán) 人機(jī)交互界面 電子稱專用高精度高增益 24位 A/D轉(zhuǎn)換芯片 HX711 時(shí)鐘模塊 DS1302 芯片 擴(kuò)展的時(shí)鐘模塊 聲光 報(bào)警模塊 溫度 模塊 DS18B20 芯片 圖 21系統(tǒng) 的總體框圖 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)方案的確定 本 系統(tǒng)基本 的 設(shè)計(jì)思路是 STC89C52 單片機(jī) 作為 整個(gè) 系統(tǒng)的控制 器 ， 以 電阻應(yīng)變片式 的平行 梁式壓力傳感器為最基本的 信號(hào) 采集器件，配合 AD 轉(zhuǎn)換模塊，時(shí)鐘模塊 和 溫度傳感器， 薄膜 鍵盤(pán)， 液晶顯示 屏 等 外 圍 器件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案要求的各項(xiàng)功能。）另外 本 系統(tǒng) 除 要求實(shí)現(xiàn)基本功能外， 沒(méi)有 提出其它特殊的要求，所以 最終選擇了 STC89C52這種非常 常用且廉價(jià)的 單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 圖 22傳感器的 示意圖 當(dāng)垂直 于 傳感器 受力面的 正 向 壓力 P作用于梁上時(shí)，梁 將 產(chǎn)生形變， 隨之 電阻應(yīng)變片 RR2 受 到 壓 力 拉伸，阻值 相應(yīng) 增加； R R4 受 到 壓縮，阻值 相應(yīng) 減小。 HX711 內(nèi)部 已經(jīng) 集成了 時(shí)鐘振蕩器 ， 穩(wěn)壓電源 。 模擬信號(hào) 的 輸入 有 通道 A 和 通道 B 兩個(gè) 通道 都有 對(duì) 應(yīng) 的 可編程 信號(hào) 放大器 ， 。 B 通道 的 增益 值 是固定的 為 64， 一般可以 利用 B通道進(jìn)行系統(tǒng) 檢測(cè)。 人機(jī) 交互界面 采用 4*4 薄膜型矩陣鍵 盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的輸入和相關(guān)功能的切換 ，顯示模塊選取的 是 12864 液晶， 該 液晶 具有中英文顯示 的 能 力 ，顯示重量，單價(jià)，總價(jià)，以及時(shí)間 和 溫度 ，顯示效果 清晰 醒目。 各個(gè)模塊選型的 分析 系統(tǒng) 要求單片機(jī)控制 稱重 傳感器的 數(shù)據(jù) 采集，以及 控制 A/D 轉(zhuǎn)換 的時(shí)序，同時(shí) 還 需要 控制擴(kuò)展功能的 時(shí)鐘 ，溫度和 液晶等模塊 的工作時(shí)序 。 剛開(kāi)始 的 51 單片機(jī) 程序 燒寫(xiě) 非常麻煩，之后閃存技術(shù) 發(fā)展 迅速 發(fā)展， Flash 的引入使 51 單片機(jī) 開(kāi)始快速 發(fā) 展，逐漸 成為 非常經(jīng)典 的 8位機(jī) ， 其應(yīng)用范圍非常 之 廣 。 STC89C52 內(nèi)置 8K 字節(jié) 的 在系統(tǒng)可編程 的 flash rom。 ③ 正常 工作 頻率 最高可達(dá) 48MHZ,同 工作 頻率 下代碼 執(zhí)行效率 大約 為 傳統(tǒng) 8051 的 兩倍 。 ⑦ 開(kāi)發(fā)者 可以直接通過(guò) 和 實(shí)現(xiàn) 串口 下載 程序。 ⑩ 總共 有 4 路 外部中斷 ， 可以 選擇 下降 沿 觸發(fā) 或低電平觸發(fā) ， 此外 單片機(jī)進(jìn)入節(jié)能 模式 時(shí) ，也可 被 外部中斷 以 低電平觸發(fā) 的 中斷方式 所 喚醒 。 Ⅰ .光柵式傳感器 有 兩塊光柵，其中一塊是固 定，還有一塊 位于 表盤(pán)軸可移動(dòng)。 Ⅱ .碼盤(pán)式傳感器 也是 通過(guò) 把 碼盤(pán)的 轉(zhuǎn)動(dòng) 角度轉(zhuǎn)換成光電信號(hào)來(lái)工作的。 ② 壓磁式稱重傳感器是 通過(guò)檢測(cè) 鐵芯上繞的線圈的阻抗變化， 間接 得到待測(cè)物質(zhì)量的 。 ④ 液壓式稱重傳感器 的 量程比較大，一般應(yīng)用 于 工業(yè)場(chǎng)合。液壓式稱重傳感器 的 結(jié)構(gòu) 相對(duì) 簡(jiǎn)單， 穩(wěn)定性 好 ，但 是 其 準(zhǔn)確度 很低 。 很明顯 ， 電容器 極板間距的變化和待測(cè)物的質(zhì)量有關(guān)， 通過(guò) 測(cè)量 電路的 變化 量 。 不同的 待測(cè)物施加的 重力也不同 ，金屬絲 的 振動(dòng)頻率也就 會(huì) 發(fā)生不同的 改變， 我們 設(shè)法用 頻 率 測(cè)量?jī)x 器 測(cè)出 金屬 絲震蕩頻率的 改變 ， 就 可求得 待測(cè)物 的 質(zhì)量。 當(dāng)有被測(cè)物 作用 于 弦絲 時(shí)，弦絲的 V形 交 匯 點(diǎn) 會(huì) 向下 移動(dòng) ， 與此同時(shí) 弦的 左半部 拉力 增大， 弦的 右 半部 拉力減小。 Ⅱ .壓電元件 固定 在音叉的頂部 ， 壓電元件 可以 隨音叉 一起 振動(dòng)， 通過(guò)壓電 元件可以測(cè)出音叉的 固有 振蕩頻率。 ⑦ 陀螺儀式稱重傳感器是 最 近幾年來(lái) 新 興 的 一種新型 數(shù)字 型稱重傳感器 。 ⑧ 電阻應(yīng)變式稱重傳感器 內(nèi)部的 彈性體上 有 四個(gè)電阻應(yīng)變計(jì) ， 構(gòu)成了 惠更斯電橋，待測(cè)物重力使 當(dāng) 彈性體 產(chǎn)生形變 ， 其上 的 電阻應(yīng)變計(jì) 的 電 阻發(fā)生不同的變化，電橋的平衡狀態(tài) 被 打破， 輸出 相應(yīng)的電信號(hào)。 因此 目前 這 種 稱重傳感器 得到了 非常廣泛的應(yīng)用 。 廚房秤 和 珠寶秤等行業(yè)領(lǐng)域，是工業(yè)和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中 一種 不可 或缺 的核心部件 。 平行梁傳感器精度高 、 量程大 、 構(gòu) 造 簡(jiǎn)單 、 頻率響應(yīng) 特性優(yōu)異 ， 當(dāng)然 它 也存在 著缺點(diǎn) ： 電橋 輸出的差動(dòng)信號(hào)微弱需要進(jìn)行放大，而且 當(dāng)稱量 物體重量較大時(shí) 其 線性特征會(huì)變差， 當(dāng)然這些 缺點(diǎn)可以通過(guò)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)在一定程度上 得到 補(bǔ)救 。此種 方法可以保證具有 良好 的效果，但是由于電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，工作的溫度 性 無(wú)法保證，另外也勢(shì)必會(huì)增加成本 ； 方案二，采用電子秤專用集成 A/D 芯片， 可以省去放大電路和 電源 電路的設(shè)計(jì) ，簡(jiǎn)化系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) ，同時(shí)由于采 用專用芯片，因此其精確性和可靠性也有保障。 HX711 內(nèi)部 已經(jīng)集成了時(shí)鐘振蕩器 ， 穩(wěn)壓電源 。 另外片內(nèi) 集成了穩(wěn)定的時(shí)鐘振蕩 電路 ， 芯片 外 部 不需要 再 接任何器件 。 ③ 內(nèi) 部 集成穩(wěn)壓電 源，接入 的 傳感器和 HX711內(nèi) 部 的 A/D 轉(zhuǎn)換器 可通過(guò) 此電源獲得電 源。 ⑦ 數(shù)據(jù) 輸出 的 速率 可 以通過(guò)編程 在 10HZ和 80HZ之間轉(zhuǎn)換。 ?可以在 40到 85℃ 的 環(huán)境下工作 。 經(jīng)過(guò) 對(duì)比 ， 本系統(tǒng)選擇了近 些 年來(lái)頗為流行的一種鍵盤(pán)即 薄膜 型 鍵盤(pán) 。 薄膜鍵盤(pán) 集文字標(biāo) 識(shí) ，商標(biāo) 印制 ，顯示透明窗為一體， 目前 已經(jīng)被 廣泛 地 應(yīng)用于智能化的 電子測(cè)量?jī)x器 、 家用 電器 、 醫(yī)療 器械等諸多領(lǐng)域。 ④ 使用壽命 很 長(zhǎng) 且可以 耐彎折。從成本和實(shí)用性來(lái)看彩色屏可以被排除，因?yàn)榫推胀ǖ碾娮映觼?lái)說(shuō)不需要顯示大量的彩色圖像，用彩色屏有些牛刀殺雞的感覺(jué)，同時(shí)就 51 單片機(jī)的處理速度來(lái)說(shuō)去驅(qū)動(dòng)高分辨率的彩色屏也會(huì)顯得力不從心。 同時(shí) 12864 的功耗 也很低， 價(jià)格 相對(duì)便宜，其硬件電路 的 設(shè)計(jì)比同類模塊也要簡(jiǎn)單。 蜂鳴器 分為有 源 蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器， 其 中 有源蜂鳴器 接通 合適的電源就可以連續(xù) 發(fā)出 聲 響 ， 而 無(wú)源蜂鳴器 必須有 音頻信號(hào)的輸入 才能發(fā)聲 ， 和普通的 揚(yáng)聲器更像。 有源蜂鳴器 一般都 比 無(wú)源 蜂鳴器 貴，就是因?yàn)?它 內(nèi)置了一個(gè) 震蕩 源 。毫無(wú)疑問(wèn) ， 在本設(shè)計(jì) 中 ，有源蜂鳴器是最好的選擇。 DS1302 由 DALLAS 公司 開(kāi)發(fā)， 它 可以 為備用電池 提供 充電 功能 ，采用 高效 的 串行數(shù)據(jù)傳輸 模式 ， 可以 在 接入電源時(shí)為備用電池充電 ， 當(dāng)然 也基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 可以關(guān)閉 其 此 功能。 DS1302 通過(guò)簡(jiǎn)單 的三個(gè) I/O 扣 與 控制器 進(jìn)行同步通 訊 。 但是這種 傳感器造價(jià)相對(duì)昂貴，主要是 用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng) 中 的 目標(biāo) 、 或 溫度變化迅速 的目標(biāo) 的表溫， 尤其是 1800℃ 以上的高溫 。 數(shù)字 型集成溫度傳感器 把 溫度敏感 器 件 ， A/D轉(zhuǎn)換 器和 存儲(chǔ)器等集成在 了一個(gè) IC 上， 可以 直接輸出數(shù)字信號(hào)， 單片機(jī) 可以直接從 IC 中讀取 數(shù)據(jù) ，再經(jīng)過(guò) 換算 就可以得到 實(shí)際的溫度值， 使用 更加加 方便 。 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 DS18B20 的 引腳 示意 圖如 圖 29： 圖 29 DS18B20引腳 示意圖 小結(jié) 本章內(nèi)容對(duì)系統(tǒng)的總體 設(shè)計(jì)方案做了簡(jiǎn)單的介紹，之后又詳細(xì)地闡述了系統(tǒng)每一個(gè)模塊的選型依據(jù)。 具體 電路設(shè)計(jì)如 圖 33 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 圖 33 HX711電路 原理圖 數(shù)據(jù)輸入模塊的電路設(shè)計(jì) 按鍵 輸入模塊是采用普通的 矩陣 鍵盤(pán)電路， 鍵盤(pán) 的控制 口 連接的 單片機(jī) P3 口 ， 如 圖 34 圖 34 鍵盤(pán) 電路 液晶顯示 模塊的電路設(shè)計(jì) 12864 的 硬件 電路設(shè)計(jì)采用其 8位 并行數(shù)據(jù)傳輸 工作 模式，單片機(jī)的 P2口 為 12864 的 并行數(shù)據(jù)口， 為 使能端 （ E）， 為 讀寫(xiě)控制端 （ R/W） , 為數(shù)據(jù) /指令 控制端（ D/I） ,為串 /并 選擇控制 端 （ PSB）， 具體的電路原理圖如圖 35 圖 35 LCD12864接口 電路 基于 單片機(jī)的稱重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 報(bào)警模塊的電路設(shè)計(jì) 蜂鳴器驅(qū)動(dòng) 電路 也比較簡(jiǎn)單，由于 51 單片機(jī) 的 I/O 口 不足以直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，因此需要 設(shè)計(jì) 三極管放大電路 ； LED 報(bào)警 電路比較簡(jiǎn)單 LED通過(guò)串接 1K電阻后和 口 相連接 。 使用匯編語(yǔ)言編 寫(xiě) 復(fù)雜的應(yīng)用 卻非常 困難 ,并且 程序的可讀性 以及 可移植性 都 不強(qiáng) 。 軟件 開(kāi)發(fā)環(huán)境 的選擇 當(dāng)今主流的 C51編譯 軟件 主要有以下 幾種 ： IAR、 Avocet、 Tasking、 Dunfiled shareware、Micro Computer Controls、 KEIL 等 。 因此本設(shè)計(jì)考慮采用 模塊 化編程的思想 ， 即每個(gè)模塊 的 功能 均 只由一個(gè)源 代碼 文件實(shí)現(xiàn) ， 同時(shí)對(duì)應(yīng)一個(gè)頭文件， 以