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1、摘要随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等装置逐步被淘汰。而电子秤是将传感器技术、信息处理、电子技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。电子秤计量准确、快速方便，并且能实现自动称重和数字显示。本作品主要以STC89C52单片机为控制核心，针对电子秤的自动称重、单价设置、金额计算与累加和去皮功能进行设计。电子秤由六个功能模块组成，传感器模块、信号调理模块、单片机控制模块、报警模块、显示模块和按键模块。本设计由电阻应变片桥式传感器进行数据采集，所得差模信号经HX711型芯片的放大和转换，再由单片机的控制和处理，最后在显示屏上显示重量、单价和金额等。该设计很好的完成了设计要求
2、，效率高，误差较小。关键词：电子秤；STC89C52单片机；电阻应变片桥式传感器；HX711目录1 方案论证与比较11.1传感器模块方案11.2信号调理模块方案11.3单片机控制模块方案11.4显示模块方案21.5按键模块方案21.6报警模块方案22理论分析与计算32.1电阻应变片传感器32.2 HX711信号处理模块42.3 STC89C52单片机控制模块42.4 LCD1602显示42.5 44矩阵键盘43系统硬件设计43.1 电阻应变片电桥电路53.2 HX711信号调理电路63.3 单片机控制系统电路63.4显示电路与单片机接口电路73.5 按键电路与单片机接口电路73.6蜂鸣器超重报
3、警系统电路84系统软件设计85系统调试95.1测试方法与仪器95.1.1测试方法95.1.2测试仪器95.2数据测试与分析96总结10参考文献101 方案论证与比较1.1传感器模块方案采用电阻应变片桥式传感器。它主要由弹性体和电阻应变片等组成，内部线路采用惠更斯电桥。当弹性体承受载荷产生形变时，电阻应变片受到拉伸或压缩而产生变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和转换。在制作传感器时，一般采用细砂纸对构件进行交叉打磨，如有条件可采用喷砂处理。当贴片位置固定后，取适量胶液均匀涂刷在被粘处表面，将应变计表面准确粘贴在试件表面。要判断粘贴层是
4、否有气泡和杂质，敏感栅有无断栅和变形。应变片粘贴前后的阻值变化，绝缘电阻等是否符合要求。该方案测量精度高，较为稳定，可操作性强。1.2信号调理模块方案方案一：采用24位AD转换芯片HX711。HX711内部不仅集成了信号放大模块，而且包含了一款高精度的24位A/D转换器。同时，HX711内部还集成了完成放大和转换功能所需要的一些外围电路，例如电源电路和时钟振荡电路等。它与单片机的接口电路简单，不需要对芯片内部的寄存器进行编程。方案二：采用AD620仪用放大器和ADS1100型A/D转换器。AD620通过外接电阻来设置放大倍数，增益范围可调，精度较高。ADS1100是一款全差分输入、有自校准功能
5、的16位模数转换器。将这两个模块连接形成电路，可以完成设计指标。综上：方案二电路连接复杂，元器件使用较多；方案一精确度高，成本低，抗干扰能力强且响应迅速。故选择方案一。1.3单片机控制模块方案本设计采用STC89C52单片机作为核心控制中心。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能、抗干扰超 强的CMOS 8位微控制器。该器件与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚完全兼容，同时，与其他51系列单片机相比内部存储空间更大，指令执行速度更快。1.4显示模块方案方案一：采用LCD液晶显示。液晶显示器利用液晶的物理特性，通过电压对显示区域进行控制，有电就显示。其画质高且不会闪烁，和单片机的接口更加
6、简单可靠，操作更加方便，耗电量低，可以显示字符。方案二：采用LED数码管显示。它是一种常用的显示器件，内部由8个发光二极管构成，其中7个组成字形“8”，另一个显示小数点。使用时，只要引出它们的公共电极就可以。综上：方案二显示的信息有限，容易闪烁，功耗高，数码管级联复杂且成本较高；方案一显示信息量大且质量较高，功耗低，使用周期长 ，人机交换界面美观。故选择方案一。1.5按键模块方案方案一：采用44矩阵键盘。它采用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成键盘。在行线和列线的每一个交叉点上设置按键，不能直接连通。利用矩阵键盘可以显示0-9数字、小数点和5个功能键。在需要的按键数量较多时，采用矩
7、阵法连接键盘比较合理。方案二：采用intel8279专用键盘处理芯片。它含有键盘输入和显示器输出两种功能。芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等处理。是一种通用的可编程键盘、显示接口器件。综上：考虑到成本因素，方案二可能不是最佳选择。方案一相对专用芯片可以节省成本，灵活性更强。故选择方案一。1.6报警模块方案报警电路是由单片机的I/O口来控制的，当称重物体的重量超过系统设计所允许的重量时，通过程序使单片机的I/O值为高电平，使蜂鸣器发出报警声。2理论分析与计算2.1电阻应变片传感器电阻应变片把导体形变的物理信号转换成电阻变化的信号，但是由于变化的阻值一般都很小，直接测量得到的结果很不准
8、确。所以，一般采用直流供电的电阻电桥将其转换成电压的变化。如图，R1、R2、R3、R4组成惠斯通电桥，将电阻应变片的阻值变化转化成输出电压。图2.1电阻桥（单桥）连接图流过电阻R1和R2的电流I1： I1=VCCR1+R2R2两端的电压V2： V2=I1R2=VCCR2R1+R2流过电阻R3和Rx的电流I2： I2=VCCR3+RxR3两端的电压V3： V3=I2 R3=VCCR3R3+RxV2和V3的电压差： V=V2-V3=VCC(R2R1+R2-R3R3+Rx)由此可以看出：当R1=R2=R3=Rx时，V=0，即电桥处于平衡状态；而Rx发生变化时会导致V发生变化。在本设计中，将R1、R2
9、、R3、Rx全部换成电阻应变片（即采用全桥法），当其受外力作用而阻值改变时，将差分电压V通过放大和A/D采样转换成相应的电压值。2.2 HX711信号处理模块HX711芯片功能非常强大，内部集成了信号放大与A/D转换模块。当传感器的输出电压为毫伏级时，可通过选择芯片内部的增益倍数（32、64或128倍）使其放大，再通过模数转换送至单片机，作进一步的数据处理。2.3 STC89C52单片机控制模块STC89C52单片机作为本设计的核心控制中心，在整个系统中主要负责数据的处理、控制和交换等作用。此中心模块能够接受A/D转换后的传感器信号，同时也能接受扫描后的键盘的输入信号，计算价格后控制显示器的相
10、应输出。并且，这种控制芯片内存大、可靠性高、速度快且价格便宜，是一种优良的选择。2.4 LCD1602显示在本设计中，选用LCD1602液晶显示，可显示两行字符（数字），通过单片机对它的程序设定，能够显示出重量、单价、金额等。2.5 44矩阵键盘该按键电路主要用来手动输入物品的单价，实现人机交换的功能。它包括数字键0-9、小数点、去皮键、清零键和累加键等。3系统硬件设计系统硬件的总体设计框图如图3.1所示。图3.1硬件电路总体框图3.1 电阻应变片电桥电路本设计在电桥中连入四枚电阻应变片（全桥法），提高了输出电压的灵敏，四个电阻的初始值R=R1=R2=R3=R4=1K，其变化值 R=R1= R
11、2= R3= R4，输出电压V=RRVCC。电位器RV2用来空载调零。图3.1电阻应变片全桥电路连接图3.2 HX711信号调理电路电阻应变片压力传感器输出的差模信号可直接送入HX711,利用HX711内部通道A可编程增益（128倍）对信号进行放大，再经由后半部分的A/D转换把采集到的24位高低电平通过DOUT送至单片机进行处理。图3.2 HX711电路连接图3.3 单片机控制系统电路STC89C52单片机最小系统包括电源电路、晶振电路和复位电路。图3.3 STC89C52单片机最小系统图3.4显示电路与单片机接口电路根据设计的要求，如图3.4所示，将LCD1602的数据端口D0-D7口与单片
12、机P0口相连，RS端接P2.6，R/W端接P2.5，E端接P2.7，用来控制显示器的显示。图3.4 LCD1602电路连接图3.5 按键电路与单片机接口电路在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。 图3.5a 44矩阵键盘电路连接图 图3.5b 多功能数字键盘图3.6蜂鸣器超重报警系统电路如图3.6所示。图3.6蜂鸣器报警电路4系统软件设计如图4.1，程序开始执行后，首先对各个端口和功能键进行初始化；另一边启动HX711转换器，对信号进行放大和模数转换；然后在单片机内部进行数据判断，若超重则启动报警电路，若没有超重则继续扫描键盘；当按下功能键时，则执行相应指令
13、，并用LCD1602显示重量、单价和总价。一轮结束后，再进行第二次测量。图4.1主程序流程图5系统调试5.1测试方法与仪器5.1.1测试方法首先按照电路原理连接电路，然后在称盘中由小到大依次添加不同重量（5.00g-500g）的砝码，并通过手动按下不同按键给单片机输入不同的指令，在显示屏上读出实测重量、单价、金额，同时，选择相应按键验证是否具有累加、去皮、清零等功能。5.1.2测试仪器+5V电源、砝码、万用表5.2数据测试与分析数据的测试如表1所示。表1 数据测试表测试效果：1、 砝码重量小于50g，误差小于0.5g；砝码重量在50g及以上时，误差小于1g。2、 可手动输入不同的单价（1-2位
14、数），LCD显示屏上能显示单价与金额。3、 二次测量后，可实现金额累加。4、 去皮范围未超过100g。5、 当所添加物体超重时，可实现报警功能。6总结本设计基于高精度专用电子秤A/D转换芯片HX711，通过单片机对自制传感器信号的核心控制和处理，设计并制作完成了对称重范围在5.00g-500g的重量的检测。当重量小于50g时，误差小于0.5g ；当重量在50g及以上时，误差小于1g 。并且，该简易电子秤可设置单价，可以计算金额，可以实现累加和去皮功能，且去皮范围小于100g 。本作品电路整体结构完善，工作稳定，效率极高。参考文献1 谭浩强著. C语言程序设计(第三版). 清华大学出版社,20052康光华等.电子技术基础模拟部分（第五版）M.北京：高等教育出版社,20063黄争.数据转换器应用手册M.北京：电子工业出版社，20104马建明.数据采集与处理技术（第三版）M.西安：西安交通大学出版社，20125程林.超省电型电子秤的设计方案J.福建：福建省计量科学技术研究所，200811
