基于STC89C52和HX711的電子秤設(shè)計(jì)

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方案

電子秤是通過(guò)傳感器技術(shù)把物品的重力轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后再利用微處理器技術(shù)舉行相應(yīng)的計(jì)算處理，結(jié)果通過(guò)確定的方式顯示出來(lái)，其整體布局如圖1所示。傳感器選用電阻應(yīng)變片壓力傳感器構(gòu)成電橋，將物體的重力轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)是模擬信號(hào)且幅值對(duì)比小，務(wù)必經(jīng)過(guò)放大后才能舉行后續(xù)處理。單片機(jī)只能接收數(shù)字信號(hào)，故模擬的電壓信號(hào)要經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換才能送至單片機(jī)。集成芯片HX711可完成信號(hào)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，應(yīng)選用此芯片。數(shù)據(jù)處理計(jì)算由STC89C52單片機(jī)完成，其能夠把表示壓力的電壓信號(hào)換算成物品質(zhì)量，處理鍵盤(pán)輸入的去皮、單價(jià)等信息，計(jì)算總價(jià)，操縱液晶屏LCD1602的輸出，并在超重（超出測(cè)量范圍）時(shí)操縱蜂鳴和LED報(bào)警。

2壓力傳感器和HX711芯片

2.1壓力傳感器

導(dǎo)體或半導(dǎo)體由于受到外力而產(chǎn)生形變時(shí)其電阻值也將隨之變化，這一現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)[2]，是電阻壓力傳感器的理論根基。電阻應(yīng)變片具有精度高、簡(jiǎn)便、體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛。初始阻值為R的電阻壓力傳感器在應(yīng)變?yōu)棣抛柚底兓拇笮棣，那么電阻壓力傳感器靈敏度系數(shù)K為：

應(yīng)變電阻器在使用中通常構(gòu)成直流橋式電路。為了裁減誤差，增加電橋輸出靈敏度，電橋的四個(gè)橋臂通常都選用應(yīng)變電阻，且選用的四個(gè)應(yīng)變電阻（如圖2中Ra、Rb、Rc、Rd）參數(shù)都一致，設(shè)四個(gè)應(yīng)變電阻初始阻值相等，且均為R，受到一致的應(yīng)變時(shí)產(chǎn)生的阻值變化ΔR也相等。構(gòu)成電橋后，同一橋臂上兩個(gè)電阻應(yīng)變方向相反，即受到壓力時(shí)引起的電壓變化方向相反。設(shè)電橋輸入電壓為Ui，那么電橋輸出電壓大小為：

2.2HX711芯片的應(yīng)用

HX711是專(zhuān)為電精度電子秤而設(shè)計(jì)的芯片，內(nèi)部集成有放大片面和24位A/D轉(zhuǎn)換片面。信號(hào)放大片面是電阻應(yīng)變壓力傳感器必不成少的片面，而模數(shù)轉(zhuǎn)換是模擬信號(hào)輸入普遍單片機(jī)必不成少的片面。芯片共有16個(gè)引腳，工作電壓范圍為2.6V-5.5V，工作時(shí)電流小于1.6mA，功耗很低。芯片內(nèi)有兩路可選差分輸入：A路、B路，輸入選擇開(kāi)關(guān)可很便捷選擇A路或B路。A路對(duì)應(yīng)的放大器增益編程可選為64或128，對(duì)應(yīng)的滿度差分輸入電壓信號(hào)幅值十足值分別為20mV和40mV。B路對(duì)應(yīng)的放大器增益為固定的32。芯片內(nèi)部集成的穩(wěn)壓電源可直接向外部傳感器電路供電。芯片內(nèi)集成振蕩電路無(wú)須外圍器件。芯片全體操縱由管腳輸入，芯片內(nèi)寄放器無(wú)須編程。芯片上電自動(dòng)復(fù)位簡(jiǎn)化了初始化過(guò)程。芯片串行通訊接口分外簡(jiǎn)便，可很便當(dāng)?shù)嘏c后面的微處理器舉行通訊。該芯片的集成度很高，使用該芯片可在很大程度上簡(jiǎn)化電子秤電路設(shè)計(jì)，鞏固電路穩(wěn)當(dāng)性，提高電路輸出精度。

電阻Ra、Rb、Rc、Rd構(gòu)成的壓力傳感器電橋和HX711片面的電路如圖2所示。16腳電源引腳DVDD和1腳穩(wěn)壓電路片面供電電源都連至輸入電源VCC。圖2中穩(wěn)壓電路片面包括穩(wěn)壓電路片面供電電源1腳VSUP、穩(wěn)壓電路輸出操縱腳2腳BASE、穩(wěn)壓電路輸入操縱腳4腳VFB、PNP型三極管Q1，電阻R1和R2。輸出電壓也即3腳上電壓VAVDD大小為VFB（R1+R2）/R2。電橋的輸出通過(guò)R3、R4和電容C4接A路輸入，芯片的7引腳INNA和8引腳INPA。輸出速率操縱15引腳接地，數(shù)據(jù)輸出速率為10Hz。14管腳XI接地選擇使用內(nèi)部振蕩時(shí)鐘。B路輸入未采用，都接地。串行通訊口和單片機(jī)相連接，用來(lái)輸出轉(zhuǎn)換的數(shù)具，選擇輸入通路和相應(yīng)通路的增益。12腳DOUT是數(shù)據(jù)傳送引腳，11腳PD_SCK是時(shí)鐘引腳，圖2設(shè)計(jì)的電路分別和STC89C52單片機(jī)的P3口的P34和P35相連接。壓力傳感器電橋物品重力按一固定關(guān)系轉(zhuǎn)換為電壓Uo輸出，該電壓信號(hào)Uo經(jīng)HX711完成信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換，之后再送至STC89C52單片機(jī)處理。

3STC89C52單片機(jī)片面

3.1STC89C52單片機(jī)

整個(gè)系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為計(jì)算處理和操縱的核心。STC89C52單片機(jī)是宏晶科技推出的國(guó)產(chǎn)低功耗使用MCS-51內(nèi)核的8位單片機(jī)，價(jià)格低廉[3]。該單片機(jī)具有8K可編程FLASH存儲(chǔ)器，4K的EEPROM，用戶燒錄程序?qū)Ρ缺惝?dāng)。該單片機(jī)和傳統(tǒng)的8051單片機(jī)一樣共40引腳，引腳分布功能也和傳統(tǒng)的8051單片機(jī)一致，指令代碼兼容8051單片機(jī);該單片機(jī)具最高工作頻率達(dá)35MHz，有4個(gè)外部中斷，3個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，功能上比根基型的51單片強(qiáng)出好多。STC89C52單片機(jī)采納來(lái)自HX711的數(shù)字信號(hào)，根據(jù)這一數(shù)字信號(hào)計(jì)算得到相應(yīng)的物品質(zhì)量，并通過(guò)LCD1602顯示。單片機(jī)采納鍵盤(pán)信息，根據(jù)需要可完成去皮和計(jì)價(jià)功能。

3.2LCD1602液晶

LCD1602液晶顯示器件工作電壓為4.5V-5.5V，可以和STC89C52單片機(jī)用同一電源供電。常用的LCD1602是點(diǎn)陣型、字符型液晶，共有2行，每行有16個(gè)字符位，每個(gè)字符位可顯示一個(gè)字符，顯示內(nèi)容比數(shù)碼管豐富好多，且功耗低好多。1602內(nèi)部字符發(fā)生存儲(chǔ)器已存入了包括英文26個(gè)大小寫(xiě)字母、阿拉伯?dāng)?shù)字和常用符號(hào)等160個(gè)點(diǎn)陣字符圖形[4]，因此可很便當(dāng)?shù)仫@示這些符號(hào)。常規(guī)應(yīng)用，1602不能顯示漢字和其他圖形，要讓其顯示漢字和其他圖形需自定義字符圖形庫(kù)。要使顯示內(nèi)容更為豐富，可選用12864液晶顯示器件。1602除電源引腳、背光電源引腳和比較度調(diào)理引腳外，其余引腳使用時(shí)直接和STC89C52單片I/O引腳相連，使用較為便當(dāng)。亮度調(diào)理引腳通常由電位器可調(diào)端子上分壓獲得電壓信號(hào)，背光電源引腳有時(shí)也通過(guò)三極管由單片機(jī)引腳操縱。

3.3矩陣鍵盤(pán)

按鍵輸入是單片機(jī)常用的輸入方式之一。但是單片機(jī)I/O口資源分外用限，按鍵較多時(shí)若一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)I/O引腳，勢(shì)必會(huì)占用過(guò)多的單片機(jī)I/O資源，限制了單片機(jī)的其他擴(kuò)展應(yīng)用。因此通常使用矩陣式鍵盤(pán)，行列式分布的鍵盤(pán)通過(guò)程序掃描判斷應(yīng)選擇哪個(gè)按鍵按下。不同的按鍵程序內(nèi)對(duì)應(yīng)不同的數(shù)值或字符，按鍵在程序內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)值或字符和人眼看到的鍵盤(pán)標(biāo)示一致。

3.4聲光報(bào)警

單片機(jī)電子秤傳感器片面有對(duì)應(yīng)的測(cè)量范圍，超出測(cè)范圍電子秤那么無(wú)法切實(shí)顯示其重量。因此稱重時(shí)要有相應(yīng)的報(bào)警提示功能。超重時(shí)單片機(jī)一I/O引腳操縱相應(yīng)的LED報(bào)警燈亮起，程序操縱另一I/O引腳輸出確定頻率的和規(guī)律的脈沖信號(hào)，該I/O引腳加在PNP型三極管的基極，信號(hào)經(jīng)三