基于单片机的电子秤设计

第37卷第3期·学术湖南农机2010年5月Vol.37No.3HUNANAGRICULTURALMACHINERYMay.2010基于单片机的电子秤设计吴祖安，朱兆优（东华理工大学信息与电子工程系，江西抚州344000）摘要：基于单片机的电子秤系统采用单片机AT89C51作为核心控制器，外围附以称重传感器、V/F转换电路、键盘、LED显示电路等构成智能称重器，从而实现自动秤重系统的各种控制功能。关键词：单片机；称重传感器；V/F转换器中图分类号：TH715.1+4文献标识码：A文章编号：1007-8320（2010）03-0039-02DesignofdigitalelectronicweigherBasedonMCUWUZu-an，ZHUZhao-you（SchoolofInformationandElectronicEngineering，EastChinaInstituteofTechnology，FuzhouofJiangxiProvince，344000，China）Abstract：ThissystemismainlycontrolledbythemicrocomputerAT89C51，theperipheryisconsistsofweighingsensor，V/Fconverter，thecircuitofdisplayandprint，allofthesecomprisethecircuitboardoftheintelligentapparatusofheightandweight．Itcanachieveallfunctionofapparatus．Thepaperintroducestotalschemeandhardwaredesignofthesystemindetail．Keywords：single-chipmicrocomputer，weighingsensor，V/Fconverter多年来，居民使用的秤基本是杆秤和弹簧盘秤。弹簧的疲劳问题无法彻底解决，一旦超过弹簧弹性限度，弹簧秤就会产生很大误差，影响到称重的准确性和可靠性，被列入逐渐取消的行列。人们一直期待测量准确、价格低廉的电子秤投放市场。目前，由称重传感器制作的电子秤衡器类产品已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量。基于电子秤的现状，本设计拟研究一种用单片机控制的电子秤设计方案，这种电子秤经济性、稳定性好，集质量称量与价格计算功能于一体，能够满足商业贸易和居民家庭的使用需求。1系统设计方案1.1基本设计思路当物体放在秤盘上时，物体产生的压力施给传感器，该传感器发生形变，使阻抗发生变化，同时使用激励电压发生变化，传感器输出一个变化的模拟信号。该信号经放大电路放大输出到电压-频率转换电路转换成便于处理的数字信号输出到微处理器，单片机根据键盘命令将这种结果输出到LED显示电路，显示出要显示的结果。如图1所示。1.2基本实现方法传感器输出的模拟信号被放大整形后由运算放大器LM324组成的V/F转换电路完成电压-频率转换，再经单片机对测量信号进行处理并根据相应的数据关系译码显示出被测物体的重量。单片机控制适合于功能比较简单的控制系统，算收稿日期：2010-04-02作者简介：吴祖安（1975-），男，江西抚州人，硕士研究生，主要从事嵌入式系统技术的开发与研究。压信力号传V/F转放AT89感换大CS51LED显器示键单电路片盘机电路图1电子秤设计的基本思路术运算功能强、技术成熟。因此，选用单片机AT89C51来实现系统设计。AT89C51在整个电路中是核心部件，由软件通过编程在P3.0脚产生复位脉冲输出到开关管s8050控制LM324运算放大器完成对输入信号电压的V/F转换，转换后的脉冲宽度由单片机的内部计数器实现计数，内部一系列数据的处理都是通过软件完成。1.3电子秤主要技术指标称量范围0～40kg；分度值0.02kg；精度等级Ⅲ级；电源DC5V（可220V供电）。主要功能有自检、去皮、计价、累计、单价设定、计量单位选择、过载报警和弱电压指示等。2硬件电路设计2.1数据采集电路用电阻应变式传感器作为数据采集电路的核心来完成对被测物质量的测量，采用OP07cp运算放大电路来对传感器输出的微弱模拟信号进行放大，后级用LM324运算放大器对放大的电信号进行V/F转换，以此完成数据采集。40湖南农机2010年5月（1）电阻应变式传感器的组成原理。称重传感器是根据控制和驱动三组LED数码管动态实时地显示被测物的质量、力-电转换的工作原理而工作的，最常用的是电阻式称重传感单价、总计。三组LED数码管由74HC164和TDA62003两块器。电阻应变式传感器就是将被测物的质量的变化转换成电芯片控制和驱动。TDA62003芯片控制每组数码管一位一位地阻值的变化，再经相应的电桥电路转换为被测物质量值相对轮流点亮，74HC164芯片控制每组数码管的段选码点亮，数码应的电压信号。电阻应变式传感器由感压装置、电阻应变片和管的笔形码为：0xFE，0x0E，0xB7，0x9F，0x4F，0xDD，0xFD，惠更斯电桥电路三部分组成。其原理如图2所示。0x8E，0xFF，0xDF对应为：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。R1R2U1R3R4UO图2电阻应变式传感器原理图图中R1、R2、R3、R4分别为四条桥臂的应变电阻，UI的为电桥的激励电压+5V，UO为输出电压，可得：UO=R1R3-R2R4·Ui（R1+R2）（R3+R4）（2）信号放大与调理电路。本设计中电阻应变式传感器输出的模拟信号都很微弱，必须通过高精度低漂移运算放大器OP07cp放大传感器输出的微弱电压信号，以满足V/F转换电路对输入信号电平的要求。整个电路上下对称R1=R2，而电容C和R3组成低通滤波器允许传感器输出的低频信号通过而将高频干扰信号衰减。（3）复位式V/F转换电路。电路由积分器和比较器，自动复位开关电路组成。积分器和比较器都是由LM324运算放大器完成，自动复位开关s8050的复位脉冲由单片机通过编程产生。下图中通过软件编程在P3.0脚产生复位脉冲，当电源接通后由于电容C上电压为零，即uc=0，P3.0脚产生低电平，三极管s8050开路，积分器对OP07cp的输出电压uI积分，uc逐渐增大，uc超过基准电压u+时，P3.2脚的电压将从高电平跃变为低电平，单片机停止计数；一旦此时有物体放在秤盘上时，作为基准电压的称重传感器输出电压u+就会超过uc，P3.2脚的电压将从低电平跃变为高电平，单片机启动计数器计数，同时经过延时P3.0输出高电平导致s8050导通接地，电容C迅速放电至零；重复上述过程，实现V/F转换。其电路原理如图3所示。图3复位式V/F转换电路原理图2.2人机接口电路电路包括6×4键盘电路，主要功能是通过键盘完成质量称量过程中的去皮、计价、累计、单价设定、计量单位选择、价格计算等功能；显示单元由74HC164和TDA62003两块芯片3软件电路的设计3.1电子秤的标定方法通过大量的计算与实际测量，用标准的重量砝码加载至称重传感器的受载端，读取AT89C51的T0计数值，并记录下对应的标准砝码质量，标定过程中采用往复多次测量方法消除测量过程中的人为误差。在对数据进行拟合过程中，将砝码质量作为纵坐标y，单片机AT89C51的T0计数值平均值作为横坐标x，进行线性拟合，可得标度呈明显的线性关系：y=3.4+23x。3.2程序设计（1）主程序。程序控制单片机系统按预定的操作方式运行，系统上电后，对系统进行初始化。初始化程序主要完成对单片机内专用寄存器的设定，单片机工作方式及各端口的工作状态的规定。系统初始化之后，进行欠电检测、计数器读取、数据处理、按键扫描与处理、数据显示等工作。主程序流程图如图4所示。开机系统初始化调用显示程序测物重V/F转换数据处理调用键盘处理程序图4主程序流程图（2）数据采集子程序。数据采集的核心是电压－频率转换电路，LM324比较器输出信号的获取通过AT89C51单片机的内部计数器实现。利用TR0=1，GATE=1，计数器是否计数，将受到ITN0电平的控制：ITN0=1，即高电平时，启动计数；ITN0=0，即低电平时，则停止计数并读出TH0，TL0的值保存，这样可方便地测出外输入ITN0的高电平脉冲的宽度。（3）键盘检测模块子程序。电路采用6×4键盘采用反转法扫描编码，首先将列线P1.2～P1.7作为输出线，行线P0.0～P0.3作为输入线，置输出线全部为0，此时行线中呈低电平0的为按键所在行，如果全部都不是0，则没有按键按下；然后反过来，即将行线作为输出线，列线作为输入线，置输出线全部为0，此时列线呈低电平的为按键所在的列，这样就可以确定按键的位置。键盘处理子程序流程图（下转第57页）第37卷第3期宋怡宁：家电下乡对拉动农村市场内需的调查57家电销售店备案承担家电下乡销售任务；二是组织对全县财政所具体操作人员及79家家电下乡销售网点的操作人员进行系统的程序培训；三是通过广播、电视等媒体，就家电下乡相关知识进行全方位宣传。4调研小结及思考（1）农村市场决不是低端产品的倾销地、也不是城市滞销产品的归属地。农村市场是不是家电行业分享利润的最后一站谁也无法说清，但农村是家电行业利润增长最快的一片市场是无需置疑的。部分厂家将农村市场当作清理库存积压、淘汰换代产品的好地方，甚至部分厂商将农村市场当作劣质商品倾销的一块“宝地”。售后的“三包”服务更是远远不够。如何开发好农村市场，对三农问题、对中国家电品牌企业的长远发展有举足轻重的意义地位。企业要从农村、农民需求的角度去设计开发针对性的产品，应该有单独的设计团队和销售体系。农民对产品价格的浮动较为敏感，非常在意产品的价格差异，希望能买到既便宜又实用的产品。如何进行有效的渠道布局，使家电产顺畅地送到农民家里，如何进行保障售后服务，是家电下乡、也是开发农村家电市场过程中家电制造商、经销商面临的挑战。（2）家电企业要树立“乡下”品牌和“口碑”。健康、持续地发展农村家电市场，需要政府的政策引导，也需要媒体舆论引导，更需要家电厂商抱着诚信务实的态度去经营。在一级市场，媒体广告宣传促销是家电厂商竞争制胜的重要法宝，但在农村，这招儿并不能发挥同样的作用。农村消费者在购买家电时的主要心态是“眼见为实，耳听为虚”。最让他们信任的是亲朋乡邻的推荐，也就是“口碑导向”。他们消费时具有趋同性和从众心理。对于性价比高的产品，农村消费者都会相互推荐，口碑的传播对购买决策的作用很突出。因而，抓住农村“领袖式”人物的消费，就可以“以点带面”，获得较好的业绩。一位在“家电下乡”项目中中标的家电企业负责人这样说，我们要将农民当知心朋友去开发市场。这是一种积极、友善的心态，你对农民友好、负责，提供高性价的产品和良好的服务，家电企业也将在广阔的农村市场获得进一步成长的沃土。（3）家电下乡是拉动中国家电产业前进的第三驾马车。自上个世纪80年代中期以来，中国家电产业伴随着中国的改革开放快速发展。在这20多年的发展过程中，城市市场以及出口市场一直是拉动中国家电产业成长壮大的两驾马车。而随着农村、乡镇市场的启动和发展，我们相信，农村家电市场将有望成为拉动中国家电业持续发展的第三驾马车。参考文献［1］罗远群，李军伟.家电下乡存在的问题及对策［J］.现代农业科技，2009，（19）.［2］白雪飞，郭瑜.全球金融危机下“家电下乡”政策的社会经济意义：基于农村家庭需求的分析［J］.消费经济，2009，（5）.［3］张存鑫，樊攀.论家电下乡政策对农村消费的拉动作用［J］.现代商贸工业，2009，（22）.［4］孟华兴，张凯.家电下乡的瓶颈与对策分析—基于“顾客让渡价值”的视角［J］.经济与管理，2009，（10）.［5］宋健.关于家电下乡政策传播策略的实证研究—基于对山东省青州市5个行政村的调查分析［J］.中国广告，2009，（11）.［6］崔利民.关于家电下乡政策对农村家庭家电购买实际影响的调查报告—以河南省延津县东屯镇吴安屯村为例［J］.法制