多功能語音稱重儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目：多功能語音稱重儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)中心： 內(nèi)蒙古電大學(xué)習(xí)中心 學(xué) 號(hào)： 090F31143071 姓 名： 賈胤龍 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 江南 2016年9月5日 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)教師指導(dǎo)意見表學(xué)生姓名：賈胤龍 學(xué)號(hào)：090F31143071 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：多功能語音稱重儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 指導(dǎo)教師意見：（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)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(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求，也體現(xiàn)出一定實(shí)踐應(yīng)用性，全文結(jié)構(gòu)合理，思路清晰，語言通順，層次分明，觀點(diǎn)表達(dá)準(zhǔn)確，論據(jù)與論點(diǎn)保持一致，參考的文獻(xiàn)資料與論題和論文內(nèi)容結(jié)合相對(duì)緊密，能基本綜合運(yùn)用電氣自動(dòng)化專業(yè)所學(xué)內(nèi)容解決主要問題，但格式還不是很規(guī)范，創(chuàng)新點(diǎn)不夠?？傮w上說，基本上達(dá)到了畢業(yè)論文的要求。 同意答辯。指導(dǎo)教師結(jié)論： 合格 （合格、不合格）指導(dǎo)教師姓名江南所在單位內(nèi)蒙古電大指導(dǎo)時(shí)間2016.9.26 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱教師評(píng)閱意見表學(xué)生姓名：賈胤龍 學(xué)號(hào)：090F31143071 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：多功能語音稱重儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 評(píng)閱意見：（請(qǐng)對(duì)論文的學(xué)術(shù)水平做出簡要評(píng)述。包括選題意義；文獻(xiàn)資料的掌握；所用資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算數(shù)據(jù)的可靠性；寫作規(guī)范和邏輯性；文獻(xiàn)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)由金屬應(yīng)變片傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)STC89C52、語音模塊、LCD1602組成。當(dāng)選題符合電氣自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求，有一定的實(shí)用性。全文結(jié)構(gòu)完整，段落安排層次清楚，語言表達(dá)邏輯性強(qiáng)，論文寫作過程中參考了較多的文獻(xiàn)資料，且與論題和論文內(nèi)容結(jié)合相對(duì)緊密，論文內(nèi)容比較充實(shí)，圖表及數(shù)據(jù)正確，能基本綜合運(yùn)用電氣自動(dòng)化專業(yè)所學(xué)內(nèi)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(diǎn)不夠突出。總體上說，論文達(dá)到了畢業(yè)論文的要求。 同意答辯。修改意見：（針對(duì)上面提出的問題和不足之處提出具體修改意見。評(píng)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(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱成績 （百分制）： 80 評(píng)閱結(jié)論： 同意答辯 （同意答辯、不同意答辯、修改后答辯）評(píng)閱人姓名張祥莉所在單位中國地質(zhì)大學(xué)評(píng)閱時(shí)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(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。論文中引用他人的文獻(xiàn)、資料均已明確注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及使用過的材料。對(duì)論文的完成提供過幫助的有關(guān)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(xué)術(shù)道德和學(xué)術(shù)規(guī)范，沒有侵權(quán)行為，并愿意承擔(dān)由此而產(chǎn)生的法律責(zé)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(yīng)現(xiàn)代人對(duì)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(shè)計(jì)一款使用方便、體積小、功能人性化、實(shí)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(shí)用性，準(zhǔn)確性，而且可以實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)，適應(yīng)未來電子秤向著人性化發(fā)展的方向。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的多功能語音稱重儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該稱重儀由金屬應(yīng)變片傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)STC89C52、語音模塊、LCD1602組成。當(dāng)電子秤施加重物以后，傳感器采用電橋電路將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，但此時(shí)的電壓信號(hào)為毫伏數(shù)量級(jí)，傳感器輸出的信號(hào)需要經(jīng)過放大電路的放大、濾波，經(jīng)過處理的電信號(hào)才能作為A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入。A/D轉(zhuǎn)換電路將電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)STC89C52量程轉(zhuǎn)換處理，將處理后的數(shù)據(jù)送入LCD顯示和語音模塊進(jìn)行播報(bào)。 多功能語音稱重儀實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。在硬件選型后，對(duì)電路進(jìn)行了硬件連接，編寫了相應(yīng)軟件程序，將軟件燒寫進(jìn)單片機(jī)中。開機(jī)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(bào)當(dāng)前重量。 關(guān)鍵詞：稱重儀；語音播報(bào)；應(yīng)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(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r21.3 本文設(shè)計(jì)主要內(nèi)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(gè)模塊的方案選型42.4.1 單片機(jī)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(shè)計(jì)83.1STC89C52 單片機(jī)主控電路83.1.1 簡介83.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)83.2 數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理轉(zhuǎn)換電路93.2.1 數(shù)據(jù)采集電路93.2.2 信號(hào)處理轉(zhuǎn)換電路93.3 語音播報(bào)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(shè)計(jì)144.1軟件總體結(jié)構(gòu)144.2主程序設(shè)計(jì)154.3系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)164.3.1 A/D轉(zhuǎn)換164.3.2 顯示子程序164.3.3 語音播報(bào)子程序184.3.4 定時(shí)器中斷程序18第五章 系統(tǒng)調(diào)試20結(jié)論22參考文獻(xiàn)23謝辭24引 言電子衡器的稱重技術(shù)是控制系統(tǒng)工程和現(xiàn)代稱重技術(shù)的重要基礎(chǔ)之一。早期出現(xiàn)了機(jī)械秤，后來又出現(xiàn)了機(jī)電結(jié)合秤，經(jīng)過幾十年的不斷改進(jìn)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(gè)家庭中了，在現(xiàn)實(shí)生活中扮演著重要的角色。人們的生活質(zhì)量提高了，對(duì)生活用具也在不斷提出更高的要求。過去人們一般用機(jī)械臺(tái)式秤來稱體重，機(jī)械秤操作復(fù)雜，容易引入人為誤差，不易讀數(shù)，而且體積大、機(jī)身重，使用極為不方便。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)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(jī)械秤的缺點(diǎn)，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(bào)的電子秤就體現(xiàn)了設(shè)計(jì)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(shù)從古代到現(xiàn)代一直受到人們的重視，作為一種計(jì)量的方法，在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用都比較廣泛，與人們的生活息息相關(guān)。電子秤是電子衡器的重要的一部分，衡器不僅是人們?nèi)粘Ｓ?jì)量的器具，而且對(duì)于國家的科學(xué)研究、國防建設(shè)、內(nèi)外貿(mào)易都是不可缺少的，一個(gè)國家的衡量技術(shù)水平的高低，直接影響現(xiàn)代科技水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。稱重技術(shù)的應(yīng)用已遍及到國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，而且已經(jīng)取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，稱重技術(shù)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(shù)的發(fā)展推動(dòng)了衡器制造業(yè)的發(fā)展。從六十年代又出現(xiàn)半機(jī)械半電子的電子衡器，經(jīng)過四十多年的不斷改進(jìn)與完善，電子衡器從最初的半機(jī)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(dòng)態(tài)稱重技術(shù)，由模擬稱重到現(xiàn)在的數(shù)字稱重技術(shù)。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(shù)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(duì)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(tái)秤、小型電子秤居多，雖然價(jià)格、操作使用都占有一定的優(yōu)勢，但功能單一、精度低、運(yùn)行不可靠、誤差大等有諸多問題。由于以上的缺點(diǎn)，市場上的稱量工具逐漸無法滿足現(xiàn)代人的需求了，設(shè)計(jì)一款多功能、操作簡單、精度高很有必要。1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r從國際上看，隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)不斷地提高，對(duì)稱重技術(shù)提出了更高的要求，稱重技術(shù)需要智能化，而且要更快、更準(zhǔn)。在1960年專門稱重值打印機(jī)問世，標(biāo)志著半自動(dòng)化電子衡器的產(chǎn)生。當(dāng)時(shí)的電子衡器除了顯示是電子方式的其他的其實(shí)都是機(jī)械的部分。從電子稱的出現(xiàn)到今天，經(jīng)歷了從機(jī)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(dòng)化方向發(fā)展。自從八十年代以來，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，在工廠中工藝的稱重以及產(chǎn)品的合格檢驗(yàn)都離不開電子衡器。在國外，尤其是西方發(fā)達(dá)國家電子秤的精確度越來越高，在六十年代就達(dá)到了0.1%稱重準(zhǔn)確度?；厥讎鴥?nèi)，我國早期的衡器大多為機(jī)械式的，隨著洋務(wù)運(yùn)動(dòng)的開展，不斷引進(jìn)國外的科學(xué)技術(shù)，出現(xiàn)了機(jī)電結(jié)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(shù)引進(jìn)到自主研發(fā)，從最初的機(jī)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(nèi)有了很大的發(fā)展。比起機(jī)械式電子秤具有更多的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)主要內(nèi)容本課題的主要設(shè)計(jì)思路是：利用應(yīng)變式傳感器采集壓力信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送到信號(hào)調(diào)理和A/D模塊，先對(duì)送入的信號(hào)濾波、放大，再完成A/D轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)的處理，送到LCD顯示，可以讀出當(dāng)前重物的重量。同時(shí)將處理后的信號(hào)送入語音模塊，播報(bào)當(dāng)前重量。論文主要分為四大部分：硬件的選型、硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件的設(shè)計(jì)與編寫、系統(tǒng)的調(diào)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(jià)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(shè)計(jì)是完成電路的連接，搭建一個(gè)完整的語音稱重儀電路。軟件編寫是用編程軟件，編寫一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)本語音稱重儀將要實(shí)現(xiàn)的功能，對(duì)硬件部分的控制。在完成軟件硬件的設(shè)計(jì)以后，由于一些參數(shù)設(shè)計(jì)不正確，語音稱重儀還不能正常工作，需要對(duì)稱重儀進(jìn)行調(diào)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(dòng)根據(jù)物體重量顯示模塊顯示出來。具有語音播報(bào)功能，將稱重后的重量示數(shù)播報(bào)出來。例：重物為30KG，當(dāng)把重物放在電子秤上，會(huì)播報(bào)“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(yīng)變片傳感器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)STC89C52、語音模塊、LCD1602組成。當(dāng)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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，但此時(shí)的電壓信號(hào)為毫伏數(shù)量級(jí)，傳感器輸出的信號(hào)需要經(jīng)過放大電路的放大、濾波，經(jīng)過處理的電信號(hào)才能作為A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入。A/D轉(zhuǎn)換電路將電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)STC89C52量程轉(zhuǎn)換處理，將處理后的數(shù)據(jù)送入LCD顯示和語音模塊進(jìn)行播報(bào)。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(jī)、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、語音模塊、LCD液晶顯示模塊構(gòu)成，它們之間的關(guān)系如下。圖2-1 系統(tǒng)總體框圖 2.4 多功能稱重儀的各個(gè)模塊的方案選型 2.4.1 單片機(jī)的選型單片機(jī)作為語音稱重儀的核心部件，是數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理的中心元件。各個(gè)模塊都與它進(jìn)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(qiáng)、程序燒寫簡單的單片機(jī)。在比較AVR、PIC、51系列單片機(jī)以后最終選擇了51單片機(jī)，因?yàn)?1指令精簡、發(fā)展比較成熟、市場的型號(hào)比較多。在與AT89C52比較之后最終還是選擇了STC89C52單片機(jī)。因?yàn)檫x擇STC89C52單片機(jī)兼容性好、發(fā)展成熟。STC89C52單片機(jī)有以下幾點(diǎn)：（1）STC89C52系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代、單片機(jī)，指令代碼易讀、兼容性好、速度快、內(nèi)部集成復(fù)位電路。（2）STC89C52在工程應(yīng)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(jī)。 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(gè)部分：稱重傳感器、放大濾波電路和A/D轉(zhuǎn)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(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。傳感器有敏感元件和轉(zhuǎn)化元件組成，敏感元件可以直接感受被測的部分，轉(zhuǎn)換元件將變化量轉(zhuǎn)換為電壓輸出量。傳感器的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)是有相互對(duì)應(yīng)的關(guān)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(fù)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(duì)，最終選擇了田字形稱重傳感器，此傳感器為電阻應(yīng)變式傳感器，相比電容傳感器、壓電傳感器，電阻應(yīng)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(qiáng)，能適應(yīng)多變的環(huán)境。2、 放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路傳感器輸出的電壓信號(hào)比較微弱，必須經(jīng)過放大才能送入A/D轉(zhuǎn)換模塊，而且信號(hào)內(nèi)阻高，還有共模信號(hào)。所以需要放大電路先對(duì)源信號(hào)進(jìn)行濾波、放大。一般對(duì)放大電路有兩個(gè)要求：輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻；抗共模電壓干擾能力強(qiáng)。在不斷的甄選后，最終選擇了HX711A/D轉(zhuǎn)換模塊作為語音稱重儀的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。該模塊是海瑞科技公司生產(chǎn)的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，芯片內(nèi)部集成穩(wěn)壓電源、時(shí)鐘振蕩電路等外圍電路，集成度高、速度快、抗干擾性能強(qiáng)。該芯片接口和編程非常簡單，管腳直接驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，不需要對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。芯片內(nèi)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(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)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(diǎn)：1) 可選擇兩路的差分輸入，可選擇增益為64 和128； 2) 片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源；3) 具有上電自動(dòng)復(fù)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(nèi)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(yīng)用中的典型應(yīng)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(jī)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)。而LCD背光可以選擇開關(guān)，節(jié)省電量。數(shù)碼管顯示軟件比較難實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)顯示程序編寫復(fù)雜。LCD顯示只需要一些底層子函數(shù)，通過調(diào)用就可以實(shí)現(xiàn)顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （1）顯示質(zhì)量高：畫面穩(wěn)定，不會(huì)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(jī)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(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，相對(duì)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(xì)心的甄選后，選擇了YY01語音芯片作為語音播報(bào)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(shí)序簡單。 2.4.5 電源模塊方案選型 單片機(jī)需要5V電源供電，而且語音播報(bào)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(dòng)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(shí)間電壓就會(huì)降低，從而影響傳感器的激勵(lì)電壓供電，會(huì)導(dǎo)致稱取結(jié)果不準(zhǔn)。 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(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 STC89C52單片機(jī)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(chǔ)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(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷。工作頻率范圍為040MHz2。 3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)為單片機(jī)可以工作的最簡單電路，包括復(fù)位電路和晶振電路。如果要保證單片機(jī)正常的工作就必須搭建好最小系統(tǒng)。單片機(jī)工作時(shí)，取指令、譯碼、位操作必須在時(shí)鐘控制下才能有序的進(jìn)行，時(shí)鐘電路就是為單片機(jī)提供的基本時(shí)鐘電路。復(fù)位電路用于將單片機(jī)內(nèi)部各電路的狀態(tài)恢復(fù)到一個(gè)確定的初始值，并從這個(gè)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(hào)處理轉(zhuǎn)換電路 3.2.1 數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)的采集由4個(gè)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(gè)1000歐固定電阻和一個(gè)1000歐壓變電阻組成，兩個(gè)電阻串聯(lián)相接。每個(gè)傳感器引出3根線，為激勵(lì)電壓正負(fù)極和信號(hào)線。四個(gè)田字形應(yīng)對(duì)稱的、均勻的分布在電子秤的受力玻璃板上。四個(gè)傳感器的連接線長度要相同，因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)比較微弱，阻值的不同會(huì)對(duì)稱重的結(jié)構(gòu)有影響。四個(gè)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(hào)處理轉(zhuǎn)換電路選用HX711芯片作為放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換的電路芯片，HX711為24位高精度AD轉(zhuǎn)換芯片，通道A 的可編程增益為128 或64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為20mV或40mV。具有自動(dòng)上電復(fù)位功能。傳感器的激勵(lì)電壓正負(fù)極與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的Vcc與GNG直接相連，HX711模塊提供激勵(lì)電壓。傳感器的信號(hào)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(shí)物圖。圖3-3HX711模塊的實(shí)物圖HX711芯片內(nèi)部集成放大電路，通過軟件編程可以選擇。內(nèi)置穩(wěn)壓電路，數(shù)字電源與單片機(jī)使用相同的數(shù)字電源，穩(wěn)壓電源可以向A/D轉(zhuǎn)換器和傳感器同時(shí)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(yīng)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(dòng)選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，并自動(dòng)關(guān)閉外部時(shí)鐘輸入和晶振的相關(guān)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(bào)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(dāng)與5V單片機(jī)板連接時(shí)，語音板上的穩(wěn)壓電路將來自單片機(jī)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(dāng)與3.3V單片機(jī)板連接時(shí)，短接JP1,不使用語音板上的穩(wěn)壓電路，直接由單片機(jī)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(shí)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(gòu)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(qū)動(dòng)，帶有背光，可以顯示兩行，每行有16個(gè)字符，內(nèi)含128個(gè)字符的ASCII字符集字庫，只有并行接口。16個(gè)端口，直接與單片機(jī)相連。P0口與單片機(jī)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(fù)極，可以選擇接通。V0為對(duì)比度調(diào)節(jié)端口，與滑動(dòng)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(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，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(jìn)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(shè)計(jì)4.1 軟件總體結(jié)構(gòu) 程序由C語言編寫，C語言精簡易讀，移植性高，是當(dāng)今比較流行的程序設(shè)計(jì)語言。既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又有匯編語言的特點(diǎn)。應(yīng)用范圍廣泛，處理數(shù)據(jù)能力強(qiáng)，單片機(jī)應(yīng)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(qiáng)大的調(diào)試功能。生成目標(biāo)代碼的效率高，可以完成調(diào)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(gè)程序可以分為五大部分，主程序就是調(diào)用各個(gè)子程序模塊來實(shí)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(jié)構(gòu)。圖4-2 軟件總體結(jié)構(gòu)4.2 主程序設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、語音播報(bào)模塊編寫的子程序，在主函數(shù)中直接調(diào)用，語音播報(bào)的控制用中斷去實(shí)現(xiàn)，循環(huán)播報(bào)，隔5秒報(bào)一次。A/D模塊不斷采集數(shù)據(jù)，采集以后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單誤差處理，每采集的十個(gè)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(shè)計(jì) 4.3.1 A/D轉(zhuǎn)換 當(dāng)DOUT從高電平變?yōu)榈碗娖胶?，PD-SCK應(yīng)輸入25至27個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖。其中第一個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)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(gè)時(shí)鐘脈沖用來選擇下一次A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益。PD-SCK的輸入時(shí)鐘脈沖數(shù)應(yīng)不少于25或多于27，否則會(huì)造成串口通訊錯(cuò)誤。1當(dāng)芯片復(fù)位后或從斷電到正常工作狀態(tài)后，芯片會(huì)選擇A通道的128增益作為第一次A/D轉(zhuǎn)換的增益。 圖4-4 A/D轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)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(gè)獨(dú)立的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)函數(shù)操作時(shí)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(shí)以等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定 lcden=1; /使能端給一高脈沖，因?yàn)槌跏蓟瘮?shù)中已經(jīng)將lcden置為0 delay(5); /延時(shí) 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(shè)置162顯示57點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c); /設(shè)置開顯示，不顯示光標(biāo)write_com(0x06); /寫一個(gè)字符后地址指針自動(dòng)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(dāng)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，提示ERROR。圖4-5 LCD顯示子程序流程圖 4.3.3 語音播報(bào)子程序語音播報(bào)芯片工作的原理：每次發(fā)脈沖觸發(fā)信號(hào)前先發(fā)RST 復(fù)位脈沖計(jì)數(shù)器大于14mS，等待100uS后，再發(fā)觸發(fā)信號(hào),發(fā)第N個(gè)觸發(fā)信號(hào)放第N段語音。下面的程序?yàn)椴?bào)語音芯片存儲(chǔ)的語音信息。25 在每次語音播報(bào)時(shí)，先要將RST置底，延時(shí)一段時(shí)間，CNT賦零，防止語音芯片干擾發(fā)聲。圖4-6 語音播報(bào)子程序流程圖 4.3.4定時(shí)器中斷程序當(dāng)重物放在電子秤上，開始時(shí)重物會(huì)有擺動(dòng)的幅度，重量會(huì)有變化，尤其當(dāng)稱體重是，人體擺動(dòng)的幅度會(huì)比較大，所以本程序選擇5秒進(jìn)行一次語音播報(bào)，采用定時(shí)器作為中斷源，當(dāng)num累加到200時(shí)，開中斷。在中斷子程序中，裝入初值，以確保每次中斷結(jié)束后，為下一次中斷計(jì)時(shí)。 圖4-7 中斷子程序流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)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(shí)間的調(diào)試，各個(gè)功能基本實(shí)現(xiàn)。下圖為實(shí)物圖。圖5-1 多功能語音稱重儀實(shí)物圖 一、重量顯示不準(zhǔn)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(cuò)誤。在A/D轉(zhuǎn)換模塊采集回?cái)?shù)據(jù)以后，沒有經(jīng)過處理，與物體的重量沒有對(duì)應(yīng)關(guān)系。A/D轉(zhuǎn)換模塊將24位二進(jìn)制數(shù)換算為十進(jìn)制數(shù)，調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序得到的是一個(gè)8位的十進(jìn)制數(shù)，但由于精度與量程的選擇，8位數(shù)會(huì)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(diào)試，改變量程系數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)電子秤的校對(duì)，當(dāng)量程系數(shù)為4時(shí)，電子秤校正完成。2、 語音播報(bào)錯(cuò)誤 在調(diào)試語音模塊之前，語音模塊播報(bào)有兩個(gè)問題：百位與十位只播報(bào)零，當(dāng)稱重小于3KG的重物時(shí)播報(bào)正確，大于3KG是播報(bào)錯(cuò)誤；播報(bào)缺位，不報(bào)小數(shù)點(diǎn)。針對(duì)這些問題，經(jīng)過不斷調(diào)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(bào)正常，還有就是數(shù)組的序號(hào)與語音播報(bào)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(duì)上述發(fā)現(xiàn)的問題，調(diào)整以后語音模塊播報(bào)正常。3、 開機(jī)顯示不為零傳感器是由電橋構(gòu)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(jī)的初始值都不同。這樣稱重的結(jié)果不準(zhǔn)確，但對(duì)硬件電路做修正難度大，只有對(duì)軟件進(jìn)行開機(jī)校零。開始加入兩個(gè)按鍵，用來調(diào)整開機(jī)的校對(duì)，但通過按鍵來校零操作比較繁瑣，最后編寫開機(jī)校零子程序，在主程序調(diào)用，每次開機(jī)讀數(shù)為零。子程序是先采集一個(gè)初始值，以后的顯示值減去這個(gè)初始值，開機(jī)后就會(huì)顯示零。圖5-2 調(diào)試后的人體稱重讀數(shù)結(jié) 論本設(shè)計(jì)主要完成了多功能語音稱重儀的硬件電路設(shè)計(jì)與調(diào)試，軟件程序的編寫。硬件采用24位A/D高精度HX711轉(zhuǎn)換、語音播報(bào)芯片、STC89C52單片機(jī)、LCD1602、應(yīng)變式電阻傳感器構(gòu)成。24位A/D高精度轉(zhuǎn)換芯片，測量精度高，適用范圍廣。語音播報(bào)功能使電子秤更人性化，對(duì)于老人小孩的使用極其方便。應(yīng)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(jī)主要功能是數(shù)據(jù)處理，完成量程轉(zhuǎn)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(gè)模塊，A/D轉(zhuǎn)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(diào)用各個(gè)子程序，先對(duì)各個(gè)模塊初始化，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換，調(diào)用顯示子程序，顯示數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換送入語音模塊，進(jìn)行語音播報(bào)。為了避免稱重過程中人體的擺動(dòng)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進(jìn)行語音播報(bào)，程序中運(yùn)用中斷，5S播報(bào)一次。通過幾個(gè)月的學(xué)習(xí)，不僅知識(shí)水平上有了提高，也學(xué)會(huì)了搜集、歸納、分析所需資料和如何利用工具書。這對(duì)以后的工作很有幫助，同時(shí)實(shí)踐能力也得到了加強(qiáng)。由于要做實(shí)物，所以在設(shè)計(jì)電路是要親手焊接、布局，對(duì)電路的原理理解更為透徹。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅可以學(xué)到新知識(shí)而且對(duì)以前所學(xué)知識(shí)也起到了鞏固的作用，同時(shí)也培養(yǎng)了嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。本設(shè)計(jì)也有不足之處。在設(shè)計(jì)之初，考慮到使用的便捷和能源的節(jié)省，電子秤采用震動(dòng)開關(guān)，在使用時(shí)