基于單片機的電子秤設計

畢業(yè)設計（論文）基于單片機的電子秤設計學生姓名：學號：學部（系）：專業(yè)年級：指導教師：職稱或學位：年月日摘要：在分析當前電子秤主流設計方案的基礎上,以單片機STC89C52芯片為信息處理核心，提出基于電阻應變片為傳感電路的電子秤設計方案。詳細分析系統(tǒng)整體設計思路、硬件電路和系統(tǒng)軟件的設計方法和流程，該電子秤能滿足日常生活中5kg以內(nèi)物體的稱重需要。關鍵詞：單片機；電子秤；稱重；傳感器電子秤在日常生活中有著廣泛的應用，由于其測量精度高、使用簡單、重量值和價格讀取直觀，因此取代了傳統(tǒng)的以桿平衡為原理的機械秤。隨著電子技術的不斷發(fā)展，人們對于電子秤的功能要求也越來越多，除了能夠稱量物體以外，還需要能夠計算和顯示價格。以單片機作為核心控制芯片，設計一款電子秤，應用AltiumDesigner18軟件設計電子秤的硬件電路，運用Keil軟件設計出電子秤的控制程序，使用該電子秤能夠精確測量0~5kg的物體。該電子秤不僅能夠精確測量物體重量，還能輸人單價、計算物體總價并顯示出來。1總體設計方案所設計的電子秤可實現(xiàn)基本的稱重功能，稱重范圍為0~5kg，重量誤差≤±0.005kg；能夠輸入物體的單價，準確計算出被秤物體的總價；被稱物體的重量、單價、總價可以通過顯示屏顯示出來；當被秤物體的重量超過最大測量范圍5kg時，電子秤能夠發(fā)出報警信號。為了實現(xiàn)上述功能，電子秤應包含數(shù)據(jù)采集模塊、信號放大模塊、A/D轉換模塊、顯示模塊和按鍵處理模塊，電子秤設計方案框圖如圖1所示。2系統(tǒng)的硬件設計基于單片機的電子秤除了控制核心單片機以外，還包括單片機最小系統(tǒng)、由稱重傳感器構成的數(shù)據(jù)采集電路、由A/D轉換芯片構成的信號放大和A/D轉換電路、由LCD1602構成的顯示電路、矩陣鍵盤電路和報警電路，其硬件電路如圖2所示。電子秤的核心控制單元采用STC89C52單片機。數(shù)據(jù)采集模塊、信號放大模塊和A/D轉換模塊由壓力傳感器和A/D轉換芯片組成。本設計選擇雙孔懸臂平行梁電阻應變式稱重傳感器，量程為5kg，精度為0.01%，它利用電阻應變效應，將各種力學量轉換為電信號的結構型傳感器。稱重傳感器采集的壓力信號是模擬量，且傳感器應變產(chǎn)生的電信號也比較弱，通常只有幾十mV；單片機系統(tǒng)內(nèi)部運算處理的都是數(shù)字信號，因此單片機無法直接處理運算模擬量，必須將傳感器產(chǎn)生的微弱信號進行放大處理，再將處理過的模擬量轉換為數(shù)字量，提供給微處理器處理。模數(shù)（A/D）轉換芯片就是將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號的電路，采用HX711作為A/D轉換芯片，這是電子秤常用的一種A/D轉換芯片，它是24位的高精度A/D轉換芯片，與單片機的接口和編程都比較簡單，所有控制信號都是由單片機引腳驅動，不需要對HX711內(nèi)部的寄存器進行編程。單價的輸入需要通過按鍵完成，因為按鍵較多，使用獨立鍵盤會占用較多1/0口，因此采用矩陣鍵盤。HX711的PD_SCK引腳與單片機P2.0引腳連接在一起，DOUT引腳與單片機P2.1引腳連接。電子秤采用LCD1602顯示被稱量物體的重量、單價和總價，第一行顯示重量和單價，第二行顯示總價。LCD1602的VSS引腳接地，VDD引腳接電源，VEE引腳接103電位器的中間，電位器兩端分別接電源和地。控制引腳RS接單片機P1.0引腳，RW接單片機P1.1，E接單片機P1.2。數(shù)據(jù)引腳D0~D7分別接單片機的P0.0~P0.7。背光控制引腳15接電源，16引腳接地。矩陣鍵盤連接在單片機的P3口上，P3.0~P3.3連接矩陣鍵盤的行線，P3.4~P3.7連接矩陣鍵盤的列線。鍵盤要能完成單價的輸入，即數(shù)值輸入，當輸入錯誤時可以撤銷錯誤輸入并修改；單價輸入后系統(tǒng)可以根據(jù)物體的重量計算出總價。所設計電子秤稱重范圍是0~5kg，為了防止稱量物體超過稱重范圍，設計超重報警電路，該電路由蜂鳴器和PNP型三極管組成。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場來驅動振動膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅動它，單片機I/0引腳輸出的電流較小，驅動不了蜂鳴器，需要增加一個電流放大的電路，這里采用三極管作為驅動電路，通過三極管放大驅動電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音。報警電路的連接如原理圖2所示，蜂鳴器正極與三極管集電極連接，蜂鳴器負極接地，三極管發(fā)射極接電源，基極接單片機P1.3引腳。當P1.3引腳為低電平的時候，蜂鳴器響；當P1.3引腳為高電平時，蜂鳴器不響。這樣通過控制P1.3引腳輸出狀態(tài)可以控制蜂鳴器的工作。3程序設計電子秤程序主要有3部分重要內(nèi)容：①將稱重傳感器上獲得的模擬電壓信號通過A/D轉換芯片轉換成數(shù)字信號，再通過程序處理轉換成重量值，并寫入到LCD1602中顯示出來；②通過按鍵可以輸入被稱量物體的單價，輸入錯誤時可以撤銷輸人；③可以根據(jù)被稱量物體的重量和單價計算出物體的總價。主程序流程如圖3所示，程序開始應該先對LCD1602液晶顯示器進行初始化，然后顯示器顯示電子秤初始畫面，界面包括重量、單價和總價3個部分，初值都為0；單片機讀取在沒有重物的情況下A/D傳感器輸出值，即皮重；蜂鳴器響一次提示電子秤準備好了。接著單片機循環(huán)讀取A/D輸出值并轉換成重量值寫入LCD1602顯示出來。系統(tǒng)查詢矩陣鍵盤中是否有鍵按下，如果有鍵按下執(zhí)行相應的按鍵程序。4結束語設計一種基于單片機控制的小型電子秤，其稱重范圍在0~5kg,重量誤差≤±0.005kg，能夠稱量物體重量并顯示，能夠輸入物體的單價并顯示，能夠計算物體的總價并顯示。該電子秤測量精確度高，使用簡單直觀，電子秤電路所使用的芯片和材料成本低廉，可滿足日常稱重需求。參考文獻[1]張非凡，周志賓.基于單片機控制的電子秤設計[J].數(shù)字技術與應