簡易電子X秤論文

智能電子秤設計摘要：本裝置以STC89C52單片機為核心控制器，包含了主控制模塊、A/DHX711轉換與信號放大模塊、4X4矩陣鍵盤模塊、12864液晶顯示模塊、電阻應變式傳感器、報警模塊等。運用4X4矩陣鍵盤進行累加乘積計算，當物體超過稱重范圍時系統(tǒng)自動進行報警。本裝置利用電阻應變式傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電信號，經(jīng)過放大電路將電信號送到A/D轉換器，將模擬量轉化為數(shù)字量輸出。本裝置結構簡單，操作方便，精確度高。主控制器接收來自A/D轉換器輸出的數(shù)字信號，將數(shù)字信號轉換為物體的實際重量從而顯示在12864液晶顯示屏上。電子秤稱重范圍5.00g-500g；重量誤差小于50g，稱重誤差小于0.5g；重量在50g及以上，稱重誤差小于1g。關鍵詞：STC89C52單片機、4X4矩陣鍵盤、、電阻應變式傳感器、HX711轉換模塊、12864液晶顯示第一章.方案選擇與論證方案一：本方案設計的電子秤，可以實現(xiàn)稱物計價功能，但是局限于數(shù)碼管的功能，在顯示時只能顯示單價、購物總額以及簡單的代碼等。在顯示重量時，如果數(shù)碼管沒有足夠的位數(shù)，那么稱量物體重量的精度必受到限制，所以此方案需要較多的數(shù)碼管接入電路中，比較麻煩。該結構圖見附錄圖1-2方案二：本方案前端信號處理時，選用信號放大、A/D轉換等措施，尤其是在顯示方面采用12864液晶顯示屏。這種方案不僅加強了人機交換能力，而且滿足設計要求，可以顯示所稱重物體信息相關內容。該結構圖見附錄圖1-1綜上所述，方案二更符合電子秤的設計要求。1.1主控制器的論證與選擇方案一：采用STC公司生產(chǎn)STC89C52單片機，STC89C52單片機是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器。具有三個16位計數(shù)器。方案二：采用ATMEL公司的AT89C51，AT89C51是帶4K字節(jié)FLASH存儲器。帶2K字節(jié)閃存可編程可擦出只讀存儲器的單片機，具有兩個16位計數(shù)器。綜上述所知，我們小組選擇方案一，STC89C52讀寫方便。1.2顯示模塊的論證與選擇方案一:全部采用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管能顯示被測物體的重量等信息。此方案顯示直觀，而且編程簡單，但若要同時顯示單價，金額等諸多信息則需要大量的數(shù)碼管。由此增加了電路的復雜程度，也加大了編程的難度。方案二：采用12864液晶顯示屏顯示，12864顯示屏可以設置單價、金額、總價字符等。它具有低功效、可視面大、畫面清晰及抗干擾能力強等功能，其顯示技術已得到廣泛應用。綜上所述，我們采用方案二，12864顯示屏更符合題目的要求。1.3A/D轉換模塊的論證與選擇方案一：HX711是一款專為高精度電子秤而設計的24位A/D轉換器芯片。與同類型其他芯片，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內時鐘振蕩器等其他同類型所需要的外圍電路，具有繼承度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。方案二：MAX187串行12位模數(shù)轉換器可以在單5V電源下工作，接受0-5V的模擬輸入。MAX187為逐次逼近式ADC,快速采樣/保持（1.5us）,片內時鐘，高速3線串行接口。綜上述所知，我們小組選擇方案一，HX711不用外加放大處理電路，芯片本身自帶增益可調放大，這樣還可以簡化很多硬件電路。、第二章.硬件電路設計2.1單片機最小系統(tǒng)電路單片機最小系統(tǒng)電路包括晶振電路、復位時鐘電路。詳見附錄圖2-12.2A/D轉換電路的設計HX711與單片機的接口應為3條數(shù)據(jù)線，分別是DVDD、PD_SCK、DOUT,但由于DVDD端與DOUT端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DVDD和DOUT并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。原理圖詳見附錄圖2-22.34X4矩陣鍵盤電路的設計矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個交叉點上，設置一個按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個數(shù)是4×4個。這種行列式鍵盤結構能夠有效地提高單片機系統(tǒng)中I/O口的利用率。原理圖詳見附錄圖2-32.412864液晶顯示電路的設計12864液晶顯示屏屬于點陣圖形液晶顯示模塊，不但能顯示字符，還能顯示漢字和圖形。12864液晶顯示屏內都會自帶背光限流電阻，背光管腳可以直接連接DC5V電源使用。12864液晶顯示屏對比度調節(jié)的電位器取值10K-20K歐姆。原理圖詳見附錄圖2-4。第三章理論分析與計算3.1全橋應變電路分析與計算

Ein為供橋電源電壓，當初始有R1R2=R3R4時，則電橋輸出電壓或電流為零，這時電橋處于平衡狀態(tài)。其測量原理：用應變片測量時，將其粘貼在彈性體上。當彈性體受力變形時，應變片的敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化，通過轉換電路轉換為電壓或電流的變化。由于內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，輸出信號電壓可由下式給出：公式2-1

本文的目的是設計一智能電子秤，最大稱重約為500g，重量誤差不大于1g；考慮到與其相配置的各種電路的設計的難易程度和設計性價比，最終選擇了HL-8型電阻應變式稱重傳感器，其稱重規(guī)模為1kg。3.2放大電路根據(jù)要求,A/D轉換器的輸入電壓變化范圍是0V～4.999V，傳感器的輸出電壓信號在0～10mv，因此取放大器的放大倍數(shù)500。因此代入公式,。第四章.軟件設計4.1系統(tǒng)主程序的設計主程序主要完成編程芯片的初始化及按需要調用各子程序，上電啟動后，系統(tǒng)初始化，調用置零子程序單片機讀取模數(shù)轉換器的數(shù)據(jù)，然后調用顯示子程序顯示重量，同時掃描鍵盤子程序，調用計算子程序計算價格并顯示出來。設計流程圖詳見附件圖4-14.2A/D轉換子程序的設計A/D轉換啟動及數(shù)據(jù)讀取子程序設計主要是上電運行后，HX711完成初始化，把經(jīng)放大的電阻應變式傳感器傳遞過來的模擬信號轉換成數(shù)字信號并傳遞到單片機所涉及到的程序。設計流程圖詳見附錄圖4-24.34X4矩陣按鍵子程序的設計4x4矩陣鍵盤是運用得最多的鍵盤形式，初使化時先讓P1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，即讓P1口輸出0xF0。掃描鍵盤的時候，讀P1口，看P1是否還為0xF0,如果仍為0xF0，則表示沒有按鍵按下；如果不0xF0,等待10ms左右，再讀P1口，再次確認是否為0xF0，這是為了防止是抖動干擾造成錯誤識別，如果不是那就說明是真的有按鍵按下了，就可以讀鍵碼來識別到底是哪一個鍵按下了。按鍵流程圖見附錄圖4-3。4.412864液晶顯示模塊子程序的設計顯示子程序是字符顯示，首先初始化，輸出一些基本信息，然后調用事先編好的鍵盤顯示子程序，輸出顯示命令，顯示過程中還需要調用延時子程序。當輸入通道采集了一個信號，或人為的鍵入一個值，或系統(tǒng)與儀表出現(xiàn)異常情況顯示管理軟件應及時調用顯示驅動程序模塊，用來更新當前數(shù)據(jù)顯示符號。詳見附錄圖4-4第五章.系統(tǒng)測試（1）通過對大量測試結果進行分析得到的物體實際重量與電子秤稱重結果的絕對誤差的測試結果見附錄表5-1。

通過大量測試結果可以得出：重量小于50g，稱重誤差小于0.5g；重量在50g及以上，稱重誤差小于1g。

（2）通過對大量測試結果進行分析得到電子秤最小測量和最大測量范圍以及在不同溫度下稱重的測試結果詳見附錄表5-2。

通過大量測試結果可以得出：電子秤稱重范圍5.00g~500g致謝本裝置設計使用STC89C52單片機作為信息處理核心，實現(xiàn)了智能電子秤裝置。在設計中，我們使用了HX711芯片、12864液晶顯示模塊、電阻應變式傳感器等。通過測試，裝置完成了題目要求。對自身能力來說也是一種質的提高，也充分體現(xiàn)了團隊合作的重要性。在以后的學習和生活中我們還需繼續(xù)努力，不斷學習，不斷改善自己，以創(chuàng)造更好的成績。經(jīng)過不斷的改進程序和電路，一點點的攻克難關，最終很好的完成了設計，在比賽過程中，首先要感謝指導老師對我們的幫助和指導，也要感謝我們的隊員，有了他們，我們才能更好的完成設計。參考文獻：[1]陳志強,胡輝,單片機應用系統(tǒng)設計實踐指南[J],2003

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附錄主主主控制器器電源電路數(shù)碼管顯示電源電路數(shù)碼管顯示復位電路復位電路時鐘電路時鐘電路4X4矩陣按鍵模塊稱重傳感器模塊4X4矩陣按鍵模塊稱重傳感器模塊蜂鳴器蜂鳴器A/D轉換模塊 A/D轉換模塊圖1-1方案一結構圖主主控制器主主控制器器12864液晶顯示電源電路電源電路復位電路復位電路時鐘電路蜂鳴器時鐘電路蜂鳴器稱重傳感器模塊稱重傳感器模塊4X4矩陣按鍵模塊4X4矩陣按鍵模塊A/D轉換模塊A/D轉換模塊 圖1-2方案二結構圖圖2-1晶振電路、復位時鐘電路圖2-2A/D轉換電路圖2-34X4矩陣按鍵電路圖2-412864液晶顯示電路開始初始化初始化調用置零子程序調用置零子程序調用調用AD采集子程序調用調用12864液晶顯示子程序調用掃描按鍵子程序調用掃描按鍵子程序調用計算子程序調用計算子程序結束圖4-1系統(tǒng)總體流程圖開始開始HX711HX711初始化啟動A/D啟動A/D轉換否A/DA/D轉換完成數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)顯示返回返回圖4-2A/D轉換流程圖開始開始掃描按鍵是否按鍵按下？否掃描按鍵是否按鍵按下？推測縱列是推測縱列推測橫列結束結束圖4-3按鍵流程圖開始圖4-4顯示流程圖返回顯示總價定位總價顯示坐標求：總價=重量x單價顯示單價定位單價顯示坐標顯示重量圖4-4顯示流程圖返回顯示總價定位總價顯示坐標求：總價=重量x單價顯示單價定位單價顯示坐標顯示重量定位重量顯示坐標秤重結果物體實際重量（g）物體測量重量（g）誤差（g）0.00.00.01.01.001.01.30.31010.10.1109.70.3101001010.50.55050.30.35050.50.55049.80.25050.20.2100991100100.50.5100100.70.71001000200200.90.92002011200199.60.4200200.50.5300300.50.53003011表5-1、溫度對稱重結果的變化物體實際重量（g）溫度（℃）物體測量重量（g）誤差（g）025001025100102410.20.2102310.50.5102210.60.6102610010279.80.210289.50.5502550.20.2502450.30.3502350.50.5502250.80.85026500502749.70.3502849.20.810025100.50.510024100.80.810023100.50.51002210111002699.50.5100279911002898.71.330025300.50.530024300.80.830023300.90.9表5-1基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉變壓器-數(shù)字轉換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應用單片機在高樓恒壓供水系統(tǒng)中的應用基于ATmega16單片機的流量控制器的開發(fā)基于MSP430單片機的遠程抄表系統(tǒng)及智能網(wǎng)絡水表的設計基于MSP430單片機具有數(shù)據(jù)存儲與回放功能的嵌入式電子血壓計的設計基于單片機的氨分解率檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)鍋爐的單片機控制系統(tǒng)基于單片機控制的電磁振動式播種控制