基于arduino的智能電子秤設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品功能分析.........................................................................................................1

2設(shè)計(jì)方案遴選.........................................................................................................1

2.1芯片以及開(kāi)發(fā)板的選擇..........................................................................1

2.2A/D轉(zhuǎn)換方案的選擇...................................................................................2

2.3產(chǎn)品主方案設(shè)計(jì)..........................................................................................2

3產(chǎn)品模塊設(shè)計(jì).........................................................................................................3

3.1產(chǎn)品組成......................................................................................................3

3.2產(chǎn)品功能......................................................................................................3

4產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì).........................................................................................................3

4.1系統(tǒng)原理圖..................................................................................................3

4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)..........................................................................................4

4.3ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板...................................................................................5

4.3.1ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板優(yōu)點(diǎn)................................................................5

4.3.2ArduinoUNO原理圖........................................................................5

4.4HX711AD模塊...............................................................................................6

4.5ht1621液晶顯示屏.....................................................................................7

5產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì).........................................................................................................7

5.1程序流程圖..................................................................................................7

5.2程序設(shè)計(jì)......................................................................................................8

6產(chǎn)品使用說(shuō)明.........................................................................................................9

6.1產(chǎn)品裝配圖..................................................................................................9

6.2產(chǎn)品操作說(shuō)明............................................................................................10

7產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)...............................................................................................14

8參考資料...............................................................................................................15

附錄.............................................................................................................................16

附錄1元器件清單............................................................................................16

I

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附錄2電路原理圖............................................................................................17

附錄3PCB設(shè)計(jì)圖.............................................................................................18

附錄4產(chǎn)品實(shí)物圖..........................................................................................19

附錄5主程序代碼............................................................................................20

附錄6串口助手AT指令配置藍(lán)牙模塊.........................................................21

附錄7手機(jī)端APP頁(yè)面...................................................................................22

II

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于arduino的智能電子稱(chēng)設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品功能分析

電子秤是一種較為方便，簡(jiǎn)單，稱(chēng)量精確的儀器。與日常生活中各個(gè)行業(yè)

息息相關(guān)，廣泛應(yīng)用于各種商業(yè)，市場(chǎng)及零售業(yè)等公共場(chǎng)所。此產(chǎn)品是以

ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板作為主體部分，另接HX711AD模塊、3KG稱(chēng)重傳感器及其

稱(chēng)重平臺(tái)、ht1621液晶顯示屏、藍(lán)牙模塊共六部分組成。在Arduino平臺(tái)，利

用ATMEGA328單片機(jī)采集電子稱(chēng)模塊的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)去皮計(jì)算，將

信息顯示在ht1621液晶顯示屏上或者顯示在串口監(jiān)視器上，能使用藍(lán)牙模塊

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程輸出物體重量。物體在3KG重量范圍內(nèi)(誤差在0.5g內(nèi))，段碼顯示

器和串口監(jiān)視器輸出物體重量。若是超過(guò)3KG，段碼顯示器顯示ERROR，串口

監(jiān)視器顯示ERROR后跟物體重量。

2設(shè)計(jì)方案遴選

2.1芯片以及開(kāi)發(fā)板的選擇

方案一：選擇STM32作為系統(tǒng)的主要芯片。STM32是ST公司基于ARM

Cortex-M內(nèi)核開(kāi)發(fā)的32位微控制器，具有豐富的功能和較強(qiáng)的運(yùn)算能力。內(nèi)

置SPI、I2C、UART等強(qiáng)大的通信接口。但其時(shí)鐘頻率較低，會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)

定性。缺少大容量片外RAM，功能相對(duì)較少。使用STM32需要一定的專(zhuān)業(yè)知

識(shí)，編寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)功能也相對(duì)復(fù)雜。

方案二:選擇ArduinoUN0作為開(kāi)發(fā)板。Arduino是一款由美國(guó)德州儀器

(TI)公司出品的微控制器。在硬件方面可以用來(lái)做電路連接的Arduino電路

板。在軟件方面，Arduino支持大部分圖形化編程方式。具有跨平臺(tái)運(yùn)行、開(kāi)

源、極易掌握、發(fā)展迅速的特點(diǎn)。由于開(kāi)源，也就可以在相關(guān)官網(wǎng)或者論壇里

獲得各種資源，可以創(chuàng)作出更好更有創(chuàng)意的作品。

綜上所述，我選擇了ArduinoUN0開(kāi)發(fā)板，Arduino是一個(gè)開(kāi)源的電子開(kāi)發(fā)

原型平臺(tái)，其包含硬件開(kāi)發(fā)板和軟件IDE各種開(kāi)發(fā)生態(tài)，豐富的資料，簡(jiǎn)易的

編程方式。所以我選擇使用ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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2.2A/D轉(zhuǎn)換方案的選擇

方案一：采用ADC0832集成芯片外加放大電路。ADC0832是美國(guó)一家公司

生產(chǎn)的一種8位分辨率芯片，它不僅與美國(guó)雙相MOS芯片兼容，而且具有0～

8位的高輸入輸出電壓比。但是ADC0832沒(méi)有內(nèi)置的集成放大模塊，所以需要

一個(gè)額外的放大電路。放大器電路的穩(wěn)定性和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度將直接決

定了電子秤精度、準(zhǔn)確度、響應(yīng)時(shí)間等重要的平衡參數(shù)。另外，單獨(dú)設(shè)計(jì)放大

電路及A/D轉(zhuǎn)換電路不僅費(fèi)事，而且不能保證電路的準(zhǔn)確性。

方案二：采用電子秤專(zhuān)用模擬/數(shù)字芯片HX711。稱(chēng)重傳感器檢測(cè)到貨物的

重量之后，重量信息將被轉(zhuǎn)換成為模擬電壓信號(hào)，但是單片機(jī)只能識(shí)別出數(shù)字

信號(hào)，所以要把模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程，最終轉(zhuǎn)換成為單片機(jī)能識(shí)別的數(shù)

字信號(hào)；轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)之后，由于應(yīng)變片的形變是微小的形變，導(dǎo)致輸出

電壓信號(hào)很微弱，不利于直接使用，所以還要進(jìn)行放大。在這個(gè)過(guò)程中，放大

器電路的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換精度直接影響稱(chēng)重電子設(shè)備的稱(chēng)量精度和反應(yīng)時(shí)間。綜

上所述，高精確的轉(zhuǎn)換芯片——HX711就是最佳選擇。

2.3產(chǎn)品主方案設(shè)計(jì)

此方案：基于ArduinoUNO智能電子稱(chēng)的設(shè)計(jì)與制作。

圖2.1系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)

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3產(chǎn)品模塊設(shè)計(jì)

此產(chǎn)品使用ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板，另接HX711AD模塊、3KG稱(chēng)重傳感器及其

稱(chēng)重平臺(tái)、ht1621液晶顯示屏、藍(lán)牙模塊共六部分制造而成，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)技

術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1產(chǎn)品組成

1、ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板

2、HX711AD模塊

3、3KG稱(chēng)重傳感器與稱(chēng)重平臺(tái)

4、ht1621液晶顯示屏

5、藍(lán)牙模塊

6、若干杜邦線

3.2產(chǎn)品功能

在工作狀態(tài)下，HX711AD模塊和3KG稱(chēng)重傳感器及其稱(chēng)重平臺(tái)檢測(cè)到砝碼

重量，會(huì)發(fā)送數(shù)字信號(hào)給ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板，開(kāi)發(fā)板會(huì)將信號(hào)處理再傳遞給

串口監(jiān)視器和ht1621液晶顯示屏上顯示。

4產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

4.1系統(tǒng)原理圖

此產(chǎn)品是以ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板控制ht1621液晶顯示屏輸出重量信息為目

的。產(chǎn)品是以ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板做為主體部分，另接HX711AD模塊、3KG稱(chēng)重

傳感器及其稱(chēng)重平臺(tái)檢測(cè)砝碼重量、再由ht1621液晶顯示屏和藍(lán)牙模塊輸出

重量信息。系統(tǒng)原理圖如下：

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圖4.1系統(tǒng)原理圖

4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖4.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖

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4.3ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺(tái)。ArduinoUNO是

ArduinoUSB接口系列的最新版本，它的處理核心是ATMEGA328P。它有14個(gè)數(shù)

字輸入/輸出引腳（其中六個(gè)可用作PWM輸出），6個(gè)模擬輸入，16MHz晶振時(shí)

鐘，USB連接，電源插孔，ICSP接頭和復(fù)位按鈕。只需要通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連接

電腦就能供電、程序下載和數(shù)據(jù)通訊。

4.3.1ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板優(yōu)點(diǎn)

1.開(kāi)發(fā)環(huán)境完善，支持多平臺(tái)開(kāi)發(fā)

2.有活躍的社區(qū)和公司支持，學(xué)習(xí)資料足

3.可通過(guò)圖形化編程軟件編程，極易掌握

4.3.2ArduinoUNO原理圖

圖4.3ArduinoUNO原理圖

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圖4.4ArduinoUNO開(kāi)發(fā)板

4.4HX711AD模塊

HX711是一款專(zhuān)為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片集

成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘震蕩器等其他同類(lèi)型芯片所需要的外圍電路，具

有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提

高了整機(jī)的性能和可靠性。

圖4.5HX711AD模塊原理圖

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4.5ht1621液晶顯示屏

ht1621是128點(diǎn)內(nèi)存映象和多功能的LCD驅(qū)動(dòng)器，ht1621的軟件配置特

性使它適用于多種LCD應(yīng)用場(chǎng)合，包括LCD模塊和顯示子系統(tǒng)。用于連接主控

制器和ht1621的管腳只有4或5條，ht1621還有一個(gè)節(jié)電命令用于降低系統(tǒng)

功耗。

圖4.6ht1621液晶顯示屏原理圖

5產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

5.1程序流程圖

系統(tǒng)程序流程圖如下圖所示，當(dāng)主程序初始化之后，按鍵實(shí)現(xiàn)去皮功能，

稱(chēng)重平臺(tái)檢測(cè)到物體重量，在3KG重量范圍內(nèi)輸出物體重量，若超出重量范

圍，則ht1621顯示屏顯示ERROR，串口監(jiān)視器顯示ERROR后跟物體重量。重量

小于1000g時(shí)誤差小于0.5g，大于1000g時(shí)，誤差小于1g。

圖5.1程序流程圖設(shè)計(jì)

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5.2程序設(shè)計(jì)

程序代碼使用的是ArduinoIDE編寫(xiě)的。

圖5.2程序設(shè)計(jì)

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6產(chǎn)品使用說(shuō)明

6.1產(chǎn)品裝配圖

圖6.1產(chǎn)品裝配圖

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6.2產(chǎn)品操作說(shuō)明

第一步如下圖：接通電源。

圖6.2實(shí)物操作圖1

第二部如下圖：按鍵實(shí)現(xiàn)去皮功能。

圖6.3實(shí)物操作圖2

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第三部如下圖：燒錄編程好的程序，將砝碼放到稱(chēng)重平臺(tái)，稱(chēng)重平臺(tái)檢測(cè)

到砝碼重量（3KG以?xún)?nèi)）。將數(shù)字信號(hào)傳送給ht1621液晶顯示屏和串口監(jiān)視

器。單位為g；最大稱(chēng)重5KG，重量小于1000g時(shí)誤差小于0.5g，大于1000g

時(shí)，誤差小于1g。此時(shí)，程序結(jié)束。

圖6.4實(shí)物操作圖3

第四部如下圖：保存好編寫(xiě)的程序，再燒寫(xiě)一個(gè)空的程序。將藍(lán)牙模塊與

Arduino連接，VCC接+3.3V，GND接地。藍(lán)牙模塊的TXD接Arduino模塊的

TXD,藍(lán)牙模塊的RXD接Arduino模塊的RXD。

圖6.5實(shí)物操作圖4

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第五部如下圖：打開(kāi)串口助手，設(shè)置好串口，及波特率（9600），使用AT

命令：發(fā)送AT指令，驗(yàn)證。

使用AT指令1：AT+NAME將藍(lán)牙模塊名稱(chēng)設(shè)置為中文拼音+學(xué)號(hào)后兩位。

使用AT指令2：AT+PIN將密碼設(shè)置為1234。

圖16.6實(shí)物操作圖5

第六部如下圖：斷電，將藍(lán)牙模塊的TXD和RXD將藍(lán)牙模塊的接線拔掉，

燒錄編程好的程序。

圖6.7實(shí)物操作圖6

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第七部如下圖：將藍(lán)牙模塊的TXD接Arduino的RXD,RXD接Arduino的

TXD,自此藍(lán)牙模塊與Arduino通訊了。下載手機(jī)端APP，權(quán)限都允許，連上藍(lán)

牙模塊，進(jìn)行調(diào)試。

圖6.8實(shí)物操作圖7

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7產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1][1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語(yǔ)；

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)；

[6]GB/T8567-2006計(jì)算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范。

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8參考資料

[1]張華軍,馮金龍.一種多功能智能電子秤的設(shè)計(jì)與制作[J].湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)

報(bào),2018,16(04):63-65.

[2]杜路泉.基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)與制作[J].太原學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)

版),2020,38(02):34-38.

[3]陳呂洲.Arduino程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：北京航天航空出版社，2014：5-6

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附錄

附錄1元器件清單

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