多功能語音稱重儀的設計與實現(xiàn)

遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)論文（設計） 題目：多功能語音稱重儀的設計與實現(xiàn)學習中心： 內蒙古電大學習中心 學 號： 090F31143071 姓 名： 賈胤龍 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導教師： 江南 2016年9月5日 中國地質大學（武漢）遠程與繼續(xù)教育學院本科畢業(yè)論文（設計）指導教師指導意見表學生姓名：賈胤龍 學號：090F31143071 專業(yè)：電氣工程及其自動化 畢業(yè)設計（論文）題目：多功能語音稱重儀的設計與實現(xiàn) 指導教師意見：（請對論文的學術水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻資料的掌握；所用資料、實驗結果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。）選題符合電氣自動化專業(yè)培養(yǎng)目標要求，也體現(xiàn)出一定實踐應用性，全文結構合理，思路清晰，語言通順，層次分明，觀點表達準確，論據(jù)與論點保持一致，參考的文獻資料與論題和論文內容結合相對緊密，能基本綜合運用電氣自動化專業(yè)所學內容解決主要問題，但格式還不是很規(guī)范，創(chuàng)新點不夠?？傮w上說，基本上達到了畢業(yè)論文的要求。 同意答辯。指導教師結論： 合格 （合格、不合格）指導教師姓名江南所在單位內蒙古電大指導時間2016.9.26 中國地質大學（武漢）遠程與繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文） 中國地質大學（武漢）遠程與繼續(xù)教育學院 本科畢業(yè)設計（論文）評閱教師評閱意見表學生姓名：賈胤龍 學號：090F31143071 專業(yè)：電氣工程及其自動化 畢業(yè)設計（論文）題目：多功能語音稱重儀的設計與實現(xiàn) 評閱意見：（請對論文的學術水平做出簡要評述。包括選題意義；文獻資料的掌握；所用資料、實驗結果和計算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻引用的規(guī)范性等。還須明確指出論文中存在的問題和不足之處。）多功能語音稱重儀的設計與實現(xiàn)基于單片機進行設計，系統(tǒng)由金屬應變片傳感器、A/D轉換模塊、單片機STC89C52、語音模塊、LCD1602組成。當選題符合電氣自動化專業(yè)培養(yǎng)目標要求，有一定的實用性。全文結構完整，段落安排層次清楚，語言表達邏輯性強，論文寫作過程中參考了較多的文獻資料，且與論題和論文內容結合相對緊密，論文內容比較充實，圖表及數(shù)據(jù)正確，能基本綜合運用電氣自動化專業(yè)所學內容解決主要問題。但論文的不足之處在于，格式還不是很規(guī)范，創(chuàng)新點不夠突出。總體上說，論文達到了畢業(yè)論文的要求。 同意答辯。修改意見：（針對上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評閱成績合格，并可不用修改直接參加答辯的不必填此意見。畢業(yè)設計（論文）評閱成績 （百分制）： 80 評閱結論： 同意答辯 （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評閱人姓名張祥莉所在單位中國地質大學評閱時間2016年10月17日論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本人所呈交的本科畢業(yè)論文多功能語音稱重儀的設計與實現(xiàn)，是本人在導師的指導下獨立進行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻、資料均已明確注出，論文中的結論和結果為本人獨立完成，不包含他人成果及使用過的材料。對論文的完成提供過幫助的有關人員已在文中說明并致以謝意。本人所呈交的本科畢業(yè)論文沒有違反學術道德和學術規(guī)范，沒有侵權行為，并愿意承擔由此而產(chǎn)生的法律責任和法律后果。 論文作者（簽字）： 賈胤龍日期：2016年9月5日摘 要為了適應現(xiàn)代人對電子稱的高要求，向更小，功能更全，更人性化，精度更高的方向發(fā)展是電子秤一種趨勢。因此設計一款使用方便、體積小、功能人性化、實用的電子秤來滿足人們的日常使用是目前的發(fā)展趨勢。多功能語音電子秤不僅具有一定的實用性，準確性，而且可以實現(xiàn)語音播報，適應未來電子秤向著人性化發(fā)展的方向。本設計是基于單片機的多功能語音稱重儀的設計與實現(xiàn)。該稱重儀由金屬應變片傳感器、A/D轉換模塊、單片機STC89C52、語音模塊、LCD1602組成。當電子秤施加重物以后，傳感器采用電橋電路將壓力信號轉換為電壓信號，但此時的電壓信號為毫伏數(shù)量級，傳感器輸出的信號需要經(jīng)過放大電路的放大、濾波，經(jīng)過處理的電信號才能作為A/D轉換電路的輸入。A/D轉換電路將電壓模擬信號轉換為數(shù)字信號，再由單片機STC89C52量程轉換處理，將處理后的數(shù)據(jù)送入LCD顯示和語音模塊進行播報。 多功能語音稱重儀實現(xiàn)了預期的功能。在硬件選型后，對電路進行了硬件連接，編寫了相應軟件程序，將軟件燒寫進單片機中。開機示數(shù)清零，放上重物后，顯示重物重量，待重物示數(shù)穩(wěn)定后，5秒播報當前重量。 關鍵詞：稱重儀；語音播報；應變式傳感器目 錄引言1第一章 緒論21.1 課題背景及意義21.2 國內外發(fā)展狀況21.3 本文設計主要內容3第二章 系統(tǒng)方案與各模塊方案選型42.1 多功能語音稱重儀的功能描述42.2 多功能語音稱重儀的工作原理42.3 多功能語音稱重儀的系統(tǒng)總體框圖42.4 多功能稱重儀的各個模塊的方案選型42.4.1 單片機的選型42.4.2 數(shù)據(jù)采集模塊的選型52.4.3 數(shù)據(jù)顯示模塊方案選型72.4.4 語音模塊的選型72.4.5 電源模塊方案選型7第三章 硬件電路設計83.1STC89C52 單片機主控電路83.1.1 簡介83.1.2 單片機最小系統(tǒng)83.2 數(shù)據(jù)采集與信號處理轉換電路93.2.1 數(shù)據(jù)采集電路93.2.2 信號處理轉換電路93.3 語音播報電路113.4 液晶顯示電路123.5電源電路12第四章 系統(tǒng)軟件設計144.1軟件總體結構144.2主程序設計154.3系統(tǒng)子程序設計164.3.1 A/D轉換164.3.2 顯示子程序164.3.3 語音播報子程序184.3.4 定時器中斷程序18第五章 系統(tǒng)調試20結論22參考文獻23謝辭24引 言電子衡器的稱重技術是控制系統(tǒng)工程和現(xiàn)代稱重技術的重要基礎之一。早期出現(xiàn)了機械秤，后來又出現(xiàn)了機電結合秤，經(jīng)過幾十年的不斷改進和完善，才出現(xiàn)了全電子型和數(shù)字化智能型電子秤。作為一種衡器，電子秤不僅出現(xiàn)在工廠，藥店中，現(xiàn)已普及到每個家庭中了，在現(xiàn)實生活中扮演著重要的角色。人們的生活質量提高了，對生活用具也在不斷提出更高的要求。過去人們一般用機械臺式秤來稱體重，機械秤操作復雜，容易引入人為誤差，不易讀數(shù)，而且體積大、機身重，使用極為不方便。針對這種情況，設計一款簡易，高精度，體積小，易操作的電子秤很有必要。電子秤可以克服機械秤的缺點，讀數(shù)方便，而且體積小、輕便，適合各類人群使用?，F(xiàn)市場上已有電子秤，但其類型不夠多樣化，滿足不了人們的多用途需要。加入語音播報的電子秤就體現(xiàn)了設計的人性化方面，更方便老人、孩子的使用。 第1章 緒論1.1 課題背景及意義稱重技術從古代到現(xiàn)代一直受到人們的重視，作為一種計量的方法，在各個領域應用都比較廣泛，與人們的生活息息相關。電子秤是電子衡器的重要的一部分，衡器不僅是人們日常計量的器具，而且對于國家的科學研究、國防建設、內外貿易都是不可缺少的，一個國家的衡量技術水平的高低，直接影響現(xiàn)代科技水平和社會經(jīng)濟效益的提高。稱重技術的應用已遍及到國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，而且已經(jīng)取得了顯著的經(jīng)濟效益。因此，稱重技術和衡器工業(yè)的研究與發(fā)展全世界都非常重視。五十年代電子技術的發(fā)展推動了衡器制造業(yè)的發(fā)展。從六十年代又出現(xiàn)半機械半電子的電子衡器，經(jīng)過四十多年的不斷改進與完善，電子衡器從最初的半機械半電子衡器發(fā)展到現(xiàn)代的全電子型與數(shù)字智能型衡器。由最初的靜態(tài)到現(xiàn)在的動態(tài)稱重技術，由模擬稱重到現(xiàn)在的數(shù)字稱重技術。由于市場的需求，電子秤正向著智能化、人性化、集成化、模塊化等方向發(fā)展。電子稱重技術水平隨著現(xiàn)代科技發(fā)展也在不斷發(fā)展。精度更高、功能更全、稱重更快的電子秤不斷地問世，不僅是商用，普通家庭也對電子秤的需求越來越高。就目前來看，市場上大多數(shù)還是桿秤、臺秤、小型電子秤居多，雖然價格、操作使用都占有一定的優(yōu)勢，但功能單一、精度低、運行不可靠、誤差大等有諸多問題。由于以上的缺點，市場上的稱量工具逐漸無法滿足現(xiàn)代人的需求了，設計一款多功能、操作簡單、精度高很有必要。1.2 國內外發(fā)展狀況從國際上看，隨著現(xiàn)代經(jīng)濟突飛猛進的發(fā)展，生產(chǎn)工藝標準不斷地提高，對稱重技術提出了更高的要求，稱重技術需要智能化，而且要更快、更準。在1960年專門稱重值打印機問世，標志著半自動化電子衡器的產(chǎn)生。當時的電子衡器除了顯示是電子方式的其他的其實都是機械的部分。從電子稱的出現(xiàn)到今天，經(jīng)歷了從機械到電子的發(fā)展過程，功能從單一化到多功能化，而且現(xiàn)在電子秤還在向著人性化、自動化方向發(fā)展。自從八十年代以來，經(jīng)濟快速發(fā)展，在工廠中工藝的稱重以及產(chǎn)品的合格檢驗都離不開電子衡器。在國外，尤其是西方發(fā)達國家電子秤的精確度越來越高，在六十年代就達到了0.1%稱重準確度。回首國內，我國早期的衡器大多為機械式的，隨著洋務運動的開展，不斷引進國外的科學技術，出現(xiàn)了機電結合是的衡器。在五十年代出現(xiàn)了以傳感器為主的電子衡器。八十年代以后，我國從技術引進到自主研發(fā)，從最初的機械式的衡器到現(xiàn)在的集成一體化的數(shù)字電子稱，電子秤在國內有了很大的發(fā)展。比起機械式電子秤具有更多的優(yōu)點，已廣泛應用與各行各業(yè)。但電子秤只是在一些工廠得到了充分的應用，而且在大型超市也不是太普及，更不用說是家庭使用了。1.3 本文設計主要內容本課題的主要設計思路是：利用應變式傳感器采集壓力信號，然后轉換為電信號，送到信號調理和A/D模塊，先對送入的信號濾波、放大，再完成A/D轉換，變?yōu)閿?shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)過單片機的處理，送到LCD顯示，可以讀出當前重物的重量。同時將處理后的信號送入語音模塊，播報當前重量。論文主要分為四大部分：硬件的選型、硬件電路的設計、軟件的設計與編寫、系統(tǒng)的調試。硬件選型為語音稱重儀選擇合適的電子元件，通過與各種器件的比較，選擇電路簡單、價格便宜、性能穩(wěn)定的電子元件作為語音稱重儀的制作原材料；硬件電路的設計是完成電路的連接，搭建一個完整的語音稱重儀電路。軟件編寫是用編程軟件，編寫一個可以實現(xiàn)本語音稱重儀將要實現(xiàn)的功能，對硬件部分的控制。在完成軟件硬件的設計以后，由于一些參數(shù)設計不正確，語音稱重儀還不能正常工作，需要對稱重儀進行調試，使語音稱重儀可以正常工作。第2章 系統(tǒng)方案與各模塊方案選型2.1 多功能語音稱重儀的功能描述多功能語音稱重儀，量程為0200kg，誤差為0.5kg，自動根據(jù)物體重量顯示模塊顯示出來。具有語音播報功能，將稱重后的重量示數(shù)播報出來。例：重物為30KG，當把重物放在電子秤上，會播報“三十公斤，謝謝”。2.2 多功能語音稱重儀的工作原理該多功能語音稱重儀由金屬應變片傳感器、A/D轉換模塊、單片機STC89C52、語音模塊、LCD1602組成。當語音稱重儀施加重物以后，傳感器采用電橋電路將壓力信號轉換為電壓信號，但此時的電壓信號為毫伏數(shù)量級，傳感器輸出的信號需要經(jīng)過放大電路的放大、濾波，經(jīng)過處理的電信號才能作為A/D轉換電路的輸入。A/D轉換電路將電壓模擬信號轉換為數(shù)字信號，再由單片機STC89C52量程轉換處理，將處理后的數(shù)據(jù)送入LCD顯示和語音模塊進行播報。2.3 多功能語音稱重儀的系統(tǒng)總體框圖語音稱重儀由STC89C52單片機、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、語音模塊、LCD液晶顯示模塊構成，它們之間的關系如下。圖2-1 系統(tǒng)總體框圖 2.4 多功能稱重儀的各個模塊的方案選型 2.4.1 單片機的選型單片機作為語音稱重儀的核心部件，是數(shù)據(jù)運算和處理的中心元件。各個模塊都與它進行通信，所以要選擇一款速度快、指令簡單、可靠性高、抗擾性能強、程序燒寫簡單的單片機。在比較AVR、PIC、51系列單片機以后最終選擇了51單片機，因為51指令精簡、發(fā)展比較成熟、市場的型號比較多。在與AT89C52比較之后最終還是選擇了STC89C52單片機。因為選擇STC89C52單片機兼容性好、發(fā)展成熟。STC89C52單片機有以下幾點：（1）STC89C52系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代、單片機，指令代碼易讀、兼容性好、速度快、內部集成復位電路。（2）STC89C52在工程應用中有一顯著的優(yōu)勢：不需要燒寫器，便可將程序通過串行方式寫入單片機。 2.4.2 數(shù)據(jù)采集模塊的選型數(shù)據(jù)采集模塊分為3個部分：稱重傳感器、放大濾波電路和A/D轉換器。1、 稱重傳感器稱重傳感器的工作原理就是把壓力信號轉變?yōu)殡妷盒盘?。傳感器有敏感元件和轉化元件組成，敏感元件可以直接感受被測的部分，轉換元件將變化量轉換為電壓輸出量。傳感器的輸入信號與輸出信號是有相互對應的關系，但也受其他因素的影響，比如溫度、壓力的超載等。傳感器的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移等。市場上的稱重傳感器種類比較繁多，但找到一款適合多功能電子秤的傳感器還是比較難的。經(jīng)過不斷地篩選和比對，最終選擇了田字形稱重傳感器，此傳感器為電阻應變式傳感器，相比電容傳感器、壓電傳感器，電阻應變式傳感器精度更高，測量范圍寬，靈敏度高。而且抗干擾的能力比較強，能適應多變的環(huán)境。2、 放大電路和A/D轉換電路傳感器輸出的電壓信號比較微弱，必須經(jīng)過放大才能送入A/D轉換模塊，而且信號內阻高，還有共模信號。所以需要放大電路先對源信號進行濾波、放大。一般對放大電路有兩個要求：輸入阻抗應遠大于信號源內阻；抗共模電壓干擾能力強。在不斷的甄選后，最終選擇了HX711A/D轉換模塊作為語音稱重儀的模數(shù)轉換單元。該模塊是海瑞科技公司生產(chǎn)的24位A/D轉換芯片，芯片內部集成穩(wěn)壓電源、時鐘振蕩電路等外圍電路，集成度高、速度快、抗干擾性能強。該芯片接口和編程非常簡單，管腳直接驅動控制信號，不需要對芯片內部的寄存器編程。芯片內的穩(wěn)壓電源可以為傳感器提供電源，無需另外的模擬電源。輸入通道有A、B通道可以選擇，通道A有兩種增益分別為128和64，其對應的滿額度差分輸入信號分別為20mV 或40mV。 高精度高增益24位A/D芯片HX711具有以下特點：1) 可選擇兩路的差分輸入，可選擇增益為64 和128； 2) 片內穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內A/D 轉換器提供電源；3) 具有上電自動復位電路；4) 簡單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內寄存器無需編程；5) 可以選擇10Hz 或80Hz 的數(shù)據(jù)輸出速率；6) 耗電量（含穩(wěn)壓電源電路）：工作電流： 1.7mA, 斷電電流： 1A ；7) 工作電壓范圍：2.6 5.5V；圖2-2 HX711在電子秤應用中的典型應用方案圖1 圖2-3 HX711外部管腳圖1 2.4.3 數(shù)據(jù)顯示模塊方案選型單片機經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)要顯示出來，常用的顯示有數(shù)碼管和液晶顯示。如果顯示位數(shù)多的話，數(shù)碼管接線復雜，而且只能顯示數(shù)字。LCD可以顯示多位數(shù)字，可以顯示字母，更容易讀取示數(shù)。數(shù)碼管為發(fā)光二極管組成，耗電量大，不符合低消耗的標準。而LCD背光可以選擇開關，節(jié)省電量。數(shù)碼管顯示軟件比較難實現(xiàn)，動態(tài)顯示程序編寫復雜。LCD顯示只需要一些底層子函數(shù)，通過調用就可以實現(xiàn)顯示。在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： （1）顯示質量高：畫面穩(wěn)定，不會閃爍。 （2）數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 （3）功耗低：液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，相對其它顯示來說功耗非常小。 2.4.4 語音模塊的選型 市場上專門集成的語音芯片并不多，在細心的甄選后，選擇了YY01語音芯片作為語音播報的主要電路元件。YY01語音芯片需要的輔助電路簡單，容易控制，軟件編寫容易，時序簡單。 2.4.5 電源模塊方案選型 單片機需要5V電源供電，而且語音播報電路功耗比較大，電源適配器可以提供穩(wěn)定的電流，但是需要220V的交流電源，使用起來比較麻煩?？紤]到使用方便，得用移動電源供電，而且電源需要大容量電池供電。三節(jié)干電池供電電壓接近5V，但隨著使用時間電壓就會降低，從而影響傳感器的激勵電壓供電，會導致稱取結果不準。 鋰電池供電電流比較小，但電流穩(wěn)定。通過與鎳氫、鎳鎘電池的比較，最后決定9V鋰電池經(jīng)過穩(wěn)壓變?yōu)?V。7805集成塊穩(wěn)壓效果好，輸入范圍大。用78系列三端穩(wěn)壓來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。第3章 硬件電路設計3.1 STC89C52單片機主控電路 3.1.1 簡介STC89C52是宏晶公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，512字節(jié)的RAM。工作電壓為5V，32位I/O口，P0口做為I/O口試需接外部上拉電阻。通過串口可直接下載，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷。工作頻率范圍為040MHz2。 3.1.2 單片機最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)為單片機可以工作的最簡單電路，包括復位電路和晶振電路。如果要保證單片機正常的工作就必須搭建好最小系統(tǒng)。單片機工作時，取指令、譯碼、位操作必須在時鐘控制下才能有序的進行，時鐘電路就是為單片機提供的基本時鐘電路。復位電路用于將單片機內部各電路的狀態(tài)恢復到一個確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作。圖3-1 STC89C52最小系統(tǒng)3.2 數(shù)據(jù)采集與信號處理轉換電路 3.2.1 數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)的采集由4個半橋式最大量程為50KG的傳感器組成最大量程200KG橋式測量傳感器。半橋式傳感器由一個1000歐固定電阻和一個1000歐壓變電阻組成，兩個電阻串聯(lián)相接。每個傳感器引出3根線，為激勵電壓正負極和信號線。四個田字形應對稱的、均勻的分布在電子秤的受力玻璃板上。四個傳感器的連接線長度要相同，因為傳感器的輸出信號比較微弱，阻值的不同會對稱重的結構有影響。四個傳感器連接圖如3-2所示。圖3-2 傳感器連接圖 3.2.2 信號處理轉換電路選用HX711芯片作為放大、濾波、AD轉換的電路芯片，HX711為24位高精度AD轉換芯片，通道A 的可編程增益為128 或64，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別為20mV或40mV。具有自動上電復位功能。傳感器的激勵電壓正負極與模數(shù)轉換模塊的Vcc與GNG直接相連，HX711模塊提供激勵電壓。傳感器的信號線直接與A和A相連，A代表A通道，增益為128。HX711的電源由電池供電，直接與供電模塊連接。下圖為HX711模塊的實物圖。圖3-3HX711模塊的實物圖HX711芯片內部集成放大電路，通過軟件編程可以選擇。內置穩(wěn)壓電路，數(shù)字電源與單片機使用相同的數(shù)字電源，穩(wěn)壓電源可以向A/D轉換器和傳感器同時供電 。穩(wěn)壓電源的輸出電壓值（VAVDD）由外部分壓電阻R9、R10和芯片的輸出參考電壓VBG 決定，VAVDD=VBG(R1+R2)/R2。應選擇該輸出電壓比穩(wěn)壓電源的輸入電壓低至少100mV。 如果將管腳XI 接地，HX711 將自動選擇使用內部時鐘振蕩器，并自動關閉外部時鐘輸入和晶振的相關電路。下圖為HX711模塊的電路圖。 圖3-4HX711模塊的電路圖3.3 語音播報電路語音模塊由穩(wěn)壓電源、基本語音電路、功放三部分組成，當與5V單片機板連接時，語音板上的穩(wěn)壓電路將來自單片機板5V電源穩(wěn)壓為3.3V，供基本語音電路和功放部分使用。當與3.3V單片機板連接時，短接JP1,不使用語音板上的穩(wěn)壓電路，直接由單片機板提供電源供基本語音電路和功放部分使用。語音芯片的工作電壓為2.42.6V，靜態(tài)電流小于2微安，工作電流為2毫安。工作功率為7.2毫瓦。圖3-5語音模塊的實物圖下圖為語音模塊電路圖，由語音基本電路和穩(wěn)壓電路兩部分構成，沒有功放電路。圖3-6語音模塊電路圖3.4 液晶顯示電路 1602液晶為5V電壓驅動，帶有背光，可以顯示兩行，每行有16個字符，內含128個字符的ASCII字符集字庫，只有并行接口。16個端口，直接與單片機相連。P0口與單片機的DB0DB7相接，為數(shù)據(jù)口，1602為并行傳輸方式。A與B為背光燈正負極，可以選擇接通。V0為對比度調節(jié)端口，與滑動變阻器相接。圖3-7 液晶顯示電路圖3.5 電源電路以一塊9V鋰電池為電源作為輸入，7805穩(wěn)壓塊輸入范圍為7V36V，輸出電源為5V。電源模塊有顯示燈，當開關閉合時，顯示燈亮，也可以用于判斷電源電量的有無。二極管和鉭電容可以進行電源的濾波。圖3-8 電源模塊電路圖第4章 系統(tǒng)軟件設計4.1 軟件總體結構 程序由C語言編寫，C語言精簡易讀，移植性高，是當今比較流行的程序設計語言。既具有高級語言的特點，又有匯編語言的特點。應用范圍廣泛，處理數(shù)據(jù)能力強，單片機應用也很廣泛。編程軟件為KEIL軟件，它具有豐富的庫函數(shù)和強大的調試功能。生成目標代碼的效率高，可以完成調試、仿真等開發(fā)流程。下圖為程序工程圖。圖4-1 KEIL軟件程序工程圖整個程序可以分為五大部分，主程序就是調用各個子程序模塊來實現(xiàn)電子秤的全部功能的。下圖為多功能語音稱重儀軟件的總體結構。圖4-2 軟件總體結構4.2 主程序設計A/D轉換模塊、液晶顯示模塊、語音播報模塊編寫的子程序，在主函數(shù)中直接調用，語音播報的控制用中斷去實現(xiàn)，循環(huán)播報，隔5秒報一次。A/D模塊不斷采集數(shù)據(jù)，采集以后對數(shù)據(jù)進行簡單誤差處理，每采集的十個數(shù)求均值在送出顯示。 圖4-3 主程序流程圖 4.3系統(tǒng)子程序設計 4.3.1 A/D轉換 當DOUT從高電平變?yōu)榈碗娖胶?，PD-SCK應輸入25至27個不等的時鐘脈沖。其中第一個時鐘脈沖的上升沿將讀出24位數(shù)據(jù)的最高位。直至第24個時鐘脈沖完成，24位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成，第25至27個時鐘脈沖用來選擇下一次A/D轉換的輸入通道和增益。PD-SCK的輸入時鐘脈沖數(shù)應不少于25或多于27，否則會造成串口通訊錯誤。1當芯片復位后或從斷電到正常工作狀態(tài)后，芯片會選擇A通道的128增益作為第一次A/D轉換的增益。 圖4-4 A/D轉換子程序流程圖 4.3.2 顯示子程序LCD1602操作簡單，在電子秤軟件設計中，主要包括寫數(shù)據(jù)、寫指令、初始化的操作。寫指令操作和寫數(shù)據(jù)操作分別為兩個獨立的函數(shù)來實現(xiàn)，兩個函數(shù)操作時序有區(qū)別。以寫指令函數(shù)解釋如下：void write_com(uchar com ) lcdre=0; /選擇指令模式 P0=com; /將要寫的指令字送到數(shù)據(jù)總線上 delay(5); /延時以等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定 lcden=1; /使能端給一高脈沖，因為初始化函數(shù)中已經(jīng)將lcden置為0 delay(5); /延時 lcden=0; /將使能端置為0已完成高脈沖 初始化函數(shù)命令指令碼及功能解釋：write_com(0x38); /設置162顯示57點陣，8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c); /設置開顯示，不顯示光標write_com(0x06); /寫一個字符后地址指針自動加一write_com(0x01); /顯示清0，數(shù)據(jù)指針清零液晶顯示子函數(shù)可以判斷采集回的的數(shù)據(jù)為正，當數(shù)據(jù)錯誤時，提示ERROR。圖4-5 LCD顯示子程序流程圖 4.3.3 語音播報子程序語音播報芯片工作的原理：每次發(fā)脈沖觸發(fā)信號前先發(fā)RST 復位脈沖計數(shù)器大于14mS，等待100uS后，再發(fā)觸發(fā)信號,發(fā)第N個觸發(fā)信號放第N段語音。下面的程序為播報語音芯片存儲的語音信息。25 在每次語音播報時，先要將RST置底，延時一段時間，CNT賦零，防止語音芯片干擾發(fā)聲。圖4-6 語音播報子程序流程圖 4.3.4定時器中斷程序當重物放在電子秤上，開始時重物會有擺動的幅度，重量會有變化，尤其當稱體重是，人體擺動的幅度會比較大，所以本程序選擇5秒進行一次語音播報，采用定時器作為中斷源，當num累加到200時，開中斷。在中斷子程序中，裝入初值，以確保每次中斷結束后，為下一次中斷計時。 圖4-7 中斷子程序流程圖第5章 系統(tǒng)調試 經(jīng)過不斷地努力硬件軟件基本完成，但其中的問題還是挺多，通過最近一段時間的調試，各個功能基本實現(xiàn)。下圖為實物圖。圖5-1 多功能語音稱重儀實物圖 一、重量顯示不準確在硬件搭建好以后，軟件已經(jīng)編寫完成，但稱重的示數(shù)錯誤。在A/D轉換模塊采集回數(shù)據(jù)以后，沒有經(jīng)過處理，與物體的重量沒有對應關系。A/D轉換模塊將24位二進制數(shù)換算為十進制數(shù)，調用A/D轉換子程序得到的是一個8位的十進制數(shù)，但由于精度與量程的選擇，8位數(shù)會取其中4位，舍棄另4位，將留下的四位乘以量程系數(shù)得到物體重量。經(jīng)過不斷調試，改變量程系數(shù)，與標準電子秤的校對，當量程系數(shù)為4時，電子秤校正完成。2、 語音播報錯誤 在調試語音模塊之前，語音模塊播報有兩個問題：百位與十位只播報零，當稱重小于3KG的重物時播報正確，大于3KG是播報錯誤；播報缺位，不報小數(shù)點。針對這些問題，經(jīng)過不斷調試和研究，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有溢出，把數(shù)據(jù)類型改為long，百位與十位播報正常，還有就是數(shù)組的序號與語音播報數(shù)據(jù)地址不同，比如數(shù)字3的語音數(shù)據(jù)地址為5，針對上述發(fā)現(xiàn)的問題，調整以后語音模塊播報正常。3、 開機顯示不為零傳感器是由電橋構成，受溫度、環(huán)境或者其他因素影響比較顯著，引起靈位不穩(wěn)定，每次開機的初始值都不同。這樣稱重的結果不準確，但對硬件電路做修正難度大，只有對軟件進行開機校零。開始加入兩個按鍵，用來調整開機的校對，但通過按鍵來校零操作比較繁瑣，最后編寫開機校零子程序，在主程序調用，每次開機讀數(shù)為零。子程序是先采集一個初始值，以后的顯示值減去這個初始值，開機后就會顯示零。圖5-2 調試后的人體稱重讀數(shù)結 論本設計主要完成了多功能語音稱重儀的硬件電路設計與調試，軟件程序的編寫。硬件采用24位A/D高精度HX711轉換、語音播報芯片、STC89C52單片機、LCD1602、應變式電阻傳感器構成。24位A/D高精度轉換芯片，測量精度高，適用范圍廣。語音播報功能使電子秤更人性化，對于老人小孩的使用極其方便。應變式電阻傳感器靈敏度高，線性度好，承載上限高，適合作人體秤的采集單元。STC89C52單片機主要功能是數(shù)據(jù)處理，完成量程轉換、消除誤差等。LCD1602液晶顯示清晰，完成數(shù)據(jù)的輸出顯示。軟件分為四個模塊，A/D轉換子程序、語音子程序、顯示子程序、語音中斷子程序。在主程序中調用各個子程序，先對各個模塊初始化，對A/D轉換后的數(shù)據(jù)進行量程轉換，調用顯示子程序，顯示數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)處理轉換送入語音模塊，進行語音播報。為了避免稱重過程中人體的擺動，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進行語音播報，程序中運用中斷，5S播報一次。通過幾個月的學習，不僅知識水平上有了提高，也學會了搜集、歸納、分析所需資料和如何利用工具書。這對以后的工作很有幫助，同時實踐能力也得到了加強。由于要做實物，所以在設計電路是要親手焊接、布局，對電路的原理理解更為透徹。畢業(yè)設計不僅可以學到新知識而且對以前所學知識也起到了鞏固的作用，同時也培養(yǎng)了嚴肅認真和實事求是的科學態(tài)度。本設計也有不足之處。在設計之初，考慮到使用的便捷和能源的節(jié)省，電子秤采用震動開關，在使用時