基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的電子秤設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)部（系）：專業(yè)年級(jí)：指導(dǎo)教師：職稱或?qū)W位：年月日摘要：在分析當(dāng)前電子秤主流設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上,以單片機(jī)STC89C52芯片為信息處理核心，提出基于電阻應(yīng)變片為傳感電路的電子秤設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)分析系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路、硬件電路和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)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(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電子秤；稱重；傳感器電子秤在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，由于其測(cè)量精度高、使用簡(jiǎn)單、重量值和價(jià)格讀取直觀，因此取代了傳統(tǒng)的以桿平衡為原理的機(jī)械秤。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于電子秤的功能要求也越來(lái)越多，除了能夠稱量物體以外，還需要能夠計(jì)算和顯示價(jià)格。以單片機(jī)作為核心控制芯片，設(shè)計(jì)一款電子秤，應(yīng)用AltiumDesigner18軟件設(shè)計(jì)電子秤的硬件電路，運(yùn)用Keil軟件設(shè)計(jì)出電子秤的控制程序，使用該電子秤能夠精確測(cè)量0~5kg的物體。該電子秤不僅能夠精確測(cè)量物體重量，還能輸人單價(jià)、計(jì)算物體總價(jià)并顯示出來(lái)。1總體設(shè)計(jì)方案所設(shè)計(jì)的電子秤可實(shí)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(jià)，準(zhǔn)確計(jì)算出被秤物體的總價(jià)；被稱物體的重量、單價(jià)、總價(jià)可以通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)；當(dāng)被秤物體的重量超過(guò)最大測(cè)量范圍5kg時(shí)，電子秤能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，電子秤應(yīng)包含數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊和按鍵處理模塊，電子秤設(shè)計(jì)方案框圖如圖1所示。2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的電子秤除了控制核心單片機(jī)以外，還包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、由稱重傳感器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集電路、由A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的信號(hào)放大和A/D轉(zhuǎn)換電路、由LCD1602構(gòu)成的顯示電路、矩陣鍵盤電路和報(bào)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(jī)。數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)放大模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊由壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換芯片組成。本設(shè)計(jì)選擇雙孔懸臂平行梁電阻應(yīng)變式稱重傳感器，量程為5kg，精度為0.01%，它利用電阻應(yīng)變效應(yīng)，將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的結(jié)構(gòu)型傳感器。稱重傳感器采集的壓力信號(hào)是模擬量，且傳感器應(yīng)變產(chǎn)生的電信號(hào)也比較弱，通常只有幾十mV；單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)算處理的都是數(shù)字信號(hào)，因此單片機(jī)無(wú)法直接處理運(yùn)算模擬量，必須將傳感器產(chǎn)生的微弱信號(hào)進(jìn)行放大處理，再將處理過(guò)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，提供給微處理器處理。模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換芯片就是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，采用HX711作為A/D轉(zhuǎn)換芯片，這是電子秤常用的一種A/D轉(zhuǎn)換芯片，它是24位的高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片，與單片機(jī)的接口和編程都比較簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)都是由單片機(jī)引腳驅(qū)動(dòng)，不需要對(duì)HX711內(nèi)部的寄存器進(jìn)行編程。單價(jià)的輸入需要通過(guò)按鍵完成，因?yàn)榘存I較多，使用獨(dú)立鍵盤會(huì)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(jī)P2.0引腳連接在一起，DOUT引腳與單片機(jī)P2.1引腳連接。電子秤采用LCD1602顯示被稱量物體的重量、單價(jià)和總價(jià)，第一行顯示重量和單價(jià)，第二行顯示總價(jià)。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(jī)P1.0引腳，RW接單片機(jī)P1.1，E接單片機(jī)P1.2。數(shù)據(jù)引腳D0~D7分別接單片機(jī)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(jī)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(jià)的輸入，即數(shù)值輸入，當(dāng)輸入錯(cuò)誤時(shí)可以撤銷錯(cuò)誤輸入并修改；單價(jià)輸入后系統(tǒng)可以根據(jù)物體的重量計(jì)算出總價(jià)。所設(shè)計(jì)電子秤稱重范圍是0~5kg，為了防止稱量物體超過(guò)稱重范圍，設(shè)計(jì)超重報(bào)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(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)I/0引腳輸出的電流較小，驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路，這里采用三極管作為驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)三極管放大驅(qū)動(dòng)電流，從而可以讓蜂鳴器發(fā)出聲音。報(bào)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(fù)極接地，三極管發(fā)射極接電源，基極接單片機(jī)P1.3引腳。當(dāng)P1.3引腳為低電平的時(shí)候，蜂鳴器響；當(dāng)P1.3引腳為高電平時(shí)，蜂鳴器不響。這樣通過(guò)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(shè)計(jì)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(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)程序處理轉(zhuǎn)換成重量值，并寫入到LCD1602中顯示出來(lái)；②通過(guò)按鍵可以輸入被稱量物體的單價(jià)，輸入錯(cuò)誤時(shí)可以撤銷輸人；③可以根據(jù)被稱量物體的重量和單價(jià)計(jì)算出物體的總價(jià)。主程序流程如圖3所示，程序開(kāi)始應(yīng)該先對(duì)LCD1602液晶顯示器進(jìn)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(jià)和總價(jià)3個(gè)部分，初值都為0；單片機(jī)讀取在沒(méi)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(zhǔn)備好了。接著單片機(jī)循環(huán)讀取A/D輸出值并轉(zhuǎn)換成重量值寫入LCD1602顯示出來(lái)。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(yīng)的按鍵程序。4結(jié)束語(yǔ)設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)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(jià)并顯示，能夠計(jì)算物體的總價(jià)并顯示。該電子秤測(cè)量精確度高，使用簡(jiǎn)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(xiàn)[1]張非凡，周志賓.基于單片機(jī)控制的電子秤設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)