單片機智能電子秤設(shè)計說明書

1、單片機電子秤說明書秤是一種在實際工作和生活中經(jīng)常用到的測量器具。隨著計量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機械結(jié) 構(gòu)的桿秤、臺秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準(zhǔn)確、快速、方便、 顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。和傳統(tǒng)秤相比較，電子秤利用新型傳感器、高精度AD轉(zhuǎn)換器件、單片機設(shè)計實現(xiàn)，具有精度高、功能強等特點。本課題設(shè)計的電子秤具有基本稱重、鍵盤輸入、計算價格、顯示、超重報警功能。該電子秤的 測量范圍為0-10Kg，測量精度達(dá)到5g,有高精度，低成本，易攜帶的特點。電子秤采用液晶顯示漢字和測 量記過，比傳統(tǒng)秤具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性。另外，該電子秤電路簡單，使用壽命

2、長，應(yīng)用范圍廣，可 以應(yīng)用于商場、超市、家庭等場所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?。一、功能描?、 采用高精度電阻應(yīng)變式壓力傳感器，測量量程0-10kg，測量精度可達(dá)5g。2、 采用電子秤專用模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器芯片hx711對傳感器信號進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換， HX711采用了海 芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。3、采用STC89C52單片機作為主控芯片，實現(xiàn)稱重、計算價格等主控功能。4、采用 128*64 漢字液晶屏顯示稱重重量、單價、總價等信息。5、采用 4*4 矩陣鍵盤進(jìn)行人機交互，鍵盤容量大，操作便捷。6具有超量程報警功能，可以通

3、過蜂鳴器和LED燈報警。7、系統(tǒng)通過USB電源供電，單片機程序也可通過 USB線串行下載。二、硬件設(shè)計1 、硬件方案單片機電子秤硬件方案如圖 1 所示：圖1單片機電子秤硬件方案稱重傳感器感應(yīng)被測重力，輸出微弱的毫伏級電壓信號。該電壓信號經(jīng)過電子秤專用模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器芯片hx711對傳感器信號進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換。HX711采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計的 24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，內(nèi)置增益控制，精度高，性能穩(wěn)定。HX711芯片通過2線串行方式與單片機通信。單片機讀取被測數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算轉(zhuǎn)換，再液晶屏上顯示出來。矩陣鍵盤主要用于計算金額。當(dāng)被測物體重量得到后，用戶可以

4、通過矩陣鍵盤輸入單價，電子秤自動計算總金額并在液晶屏顯示。電源系統(tǒng)給單片機、HX711電路及傳感器供電。2、稱重傳感器傳感器是測量機構(gòu)最重要的部件。稱重傳感器本身具有單調(diào)性，其主要參數(shù)指標(biāo)是靈敏度、總誤差和 溫度漂移。靈敏度稱重傳感器的電靈敏度為滿負(fù)荷輸出電壓與激勵電壓的比值，典型值是2mV/V當(dāng)使用2 mV/V靈敏度和5V激勵電壓的傳感器時，其滿度輸出電壓為10 mV通常，為了使用稱重傳感器線性度最好的一段稱重范圍，應(yīng)當(dāng)僅使用滿度范圍的三分之二。因此滿度輸出電壓應(yīng)當(dāng)大約為6mV當(dāng)電子秤應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境時，在6mV滿度范圍內(nèi)測量微小的信號變化并非易事。(2) 總誤差總誤差是指輸出誤差和額定誤差的

5、比值。典型電子秤的總誤差指標(biāo)大約是%這一技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)重要，它限制了使用理想信號調(diào)節(jié)電路所能達(dá)到的精確度，決定了ADC分辨率的選擇以及放大電路和濾波器的設(shè)計。(3) 漂移稱重傳感器也產(chǎn)生與時間相關(guān)的漂移。目前常用的稱重傳感器有電阻應(yīng)變式壓力傳感器、電容壓力傳感器、壓電式壓力傳感器。選用時應(yīng)按 穩(wěn)定行、精度登記、壽命和安裝環(huán)境要求考慮，其主要特點如下：(1) 電容式壓力傳感器穩(wěn)定性較差，精度和靈敏度較高，壽命較短，對環(huán)境要求苛刻，不易長距離傳 輸。（2）壓電式壓力傳感器穩(wěn)定性好，精度和靈敏度高，壽命長，但大量程的壓力傳感器尚待進(jìn)一步研究。（3）電阻應(yīng)變式壓力傳感器穩(wěn)定性較好，精度和靈敏度較高，壽命

6、較長，對測量環(huán)境要求不太嚴(yán)格。 綜上所述，選用電阻應(yīng)變式壓力傳感器作為電子秤稱重傳感器是最為合適的。電阻應(yīng)變式壓力傳感器 主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，電 阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減小），從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng)的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。電阻應(yīng)變式傳感器測量原理如圖2 所示。圖 2 電阻應(yīng)變式傳感器測量原理當(dāng)垂直正壓力P作用于梁上時，梁產(chǎn)生形變，電阻應(yīng)變片 R1、R3受壓彎拉伸，阻值增加；R2、R4受壓 縮，阻值減小。電橋失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓，不平衡電壓與作用在傳感器上

7、的載菏P 成正比，從而將非電量轉(zhuǎn)化成電量輸出。R1、R2、R3和R4組成惠更斯電橋，將2對電阻應(yīng)變片的阻值變化轉(zhuǎn)變成輸出電壓，其工作原理如圖3所示。圖 3 測量電橋原理3、電子秤專用24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711及其電路HX711 采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)， 是一款專為高精度電子秤而設(shè)計的 24 位 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片。 與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電 路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性能和可 靠性。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片

8、內(nèi)部的寄存器 編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B,與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或64，對應(yīng)的滿額度差分輸入信號幅值分別為土20mV或土 40mV通道B則為固定的32增益,用于系統(tǒng)參數(shù)檢測。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無需另外的模擬電源。芯片內(nèi)的時鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動復(fù)位功能簡化了開機的初 始化過程。 HX711 內(nèi)部方框圖如圖 4 所示。其外部管腳如圖 5所示。圖 4 HX711 內(nèi)部方框圖圖 5 HX711 外部管腳圖圖5為HX711芯片應(yīng)用于計價秤的一個參考電路圖。該方案使用內(nèi)部時

9、鐘振蕩器（XI=0），10Hz的輸出數(shù)據(jù)速率（RATE=0）。電源（）直接取用與 MCU芯片相同的供電電源。通道 A與傳感器相連，通道 B通過 片外分壓電阻與電池相連，用于檢測電池電壓。圖 6 HX711 計價秤應(yīng)用參考電路圖本課題設(shè)計的HX711電路如圖7所示:圖7 HX711電路4、單片機STC89C52及其電路STC89C52單片機概述STC89C52系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新 一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快8-12倍，內(nèi)部集成MAX81專用復(fù)位電路。(2) STC89C52單片機特點增強型80

10、51 CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051；工作電壓：-(5V單片機)；工作頻率范圍：040MHz相當(dāng)于普通8051的080MHz用戶應(yīng)用程序空間4K遵循先難后易、先大后小的原則。B. 布局可以參考硬件工程師提供的原理圖和大致的布局，根據(jù)信號流向規(guī)律放置主要原器件。C. 總的連線盡可能的短，關(guān)鍵信號線最短。D. 強信號、弱信號、高電壓信號和弱電壓信號要完全分開。E. 高頻元件間隔要充分。F. 模擬信號、數(shù)字信號分開。 相同結(jié)構(gòu)電路部分應(yīng)盡可能采取對稱布局。 按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)來優(yōu)化布局。(5) PCB設(shè)計遵循的規(guī)則 地線回路規(guī)則：圖17地線回路規(guī)則

11、環(huán)路最小規(guī)則，即信號線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小， 對外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。針對這一規(guī)則，在地平面分割時，要考慮到地平面與重要 信號走線的分布，防止由于地平面開槽等帶來的問題；在雙層板設(shè)計中，在為電源留下足夠空間的情 況下，應(yīng)該將留下的部分用參考地填充，且增加一些必要的過孔，將雙面信號有效連接起來，對一些 關(guān)鍵信號盡量采用地線隔離，對一些頻率較高的設(shè)計，需特別考慮其地平面信號回路問題，建議采用 多層板為宜。 竄擾控制竄擾(CrossTalk )是指PCB上不同網(wǎng)絡(luò)之間因較長的平行布線引起的相互干擾，主要是由于平行 線間的分布電容和分布電感的作用。

12、克服竄擾的主要措施是：A. 加大平行布線的間距，遵循3W規(guī)則。B. 在平行線間插入接地的隔離線。C. 減少布線層與地平面的距離 屏蔽保護(hù)圖18 屏蔽保護(hù)對應(yīng)地線回路規(guī)則，實際上也是為了盡量減小信號的回路面積，多用于一些比較重要的信號，如 時鐘信號，同步信號；對一些特別重要，頻率特別高的信號，應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計， 即將所布的線上下左右用地線隔離，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實際地平面有效結(jié)合。 走線方向控制規(guī)則相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)，避免將不同的信號線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層 間竄擾；當(dāng)由于板結(jié)構(gòu)限制（如某些背板）難以避免出現(xiàn)該情況，特別是信號速率較高時，應(yīng)

13、考慮用 地平面隔離各布線層，用地信號線隔離各信號線。 電源與地線層的完整性規(guī)則對于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域，要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接，形成對平面層的分割,從而破壞平面層的完整性，并進(jìn)而導(dǎo)致信號線在地層的回路面積增大。四、軟件設(shè)計1、軟件流程圖20本設(shè)計主程序使用了定時器，用來實現(xiàn)每秒稱重一次的功能，流程圖如圖19所示。鍵盤掃描程序如圖所示。圖19時鐘中斷程序流程圖主程序軟件流程如圖21所示圖20鍵盤掃描程序流程圖數(shù)據(jù)初始化圖21主程序流程圖3、主程序下面介紹主程序編寫，其他程序略(1)頭文件和一些宏定義int2str(j,str1);if (j<10)display_GB231

14、2_string(3,84,"00"); display_GB2312_string(3,100,str1);else if (j<100)display_GB2312_string(3,84,"0");display_GB2312_string(3,92,str1);elsedisplay_GB2312_string(3,84,str1);13( 確定價格)void KeyPress(uchar keycode)switch (keycode)|display_GB2312_string（1,1,"電子秤初始化成功”）；display_GB2312_string（3,1," 重量：kg"）;display_GB2312_string（5,1,"單價：元"）;display_GB2312_string（7,1,"金額:元"）;Display_Price（）;while（1）13（確定價格）其中：鍵09為數(shù)字鍵，用于單價設(shè)定。鍵15為小數(shù)點，也用于單價設(shè)定。鍵10為清零鍵，