简易电子秤设计

电子秤设计方案姓名：姜明明学号：201401101115班级：电子信息工程14级4班摘要：随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称量工具已经不能满足人们的需要，传统称量工具存在功能单一，使用灵活性差等缺点，为了改变传统称量工具的在使用上的缺点，在本设计中将智能化，自动化，人性化用在了电子秤的控制系统中。本设计以单片机为主控芯片，应用自制称重传感器，外围包括称重电路，液晶显示电路，超量程报警电路，键盘电路、语音播报电路、AD转换电路等，实现了自动称重系统的各种控制功能。本次设计以STC89C52单片机为主控芯片，外围包括称重电路，液晶显示电路，超量程报警电路，键盘电路组成，实现了自动称重系统的各种控制功能，具有很大的应用前景。关键词：悬臂梁式称重传感器HX711芯片功能键STC89C52单片机数模转换器1、硬件电路设计该设计以单片机为主控芯片，应用自制称重传感器，外围包括称重电路，液晶显示电路、超量程报警电路、键盘电路、语音播报电路、AD转换电路等。称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片HX711对传感器信号进行调理转换。单片机读取被测数据，进行线性拟合以及数据标定，在液晶屏上显示出重量。当重量超过电子秤的量程时，报警电路会进行报警。再用键盘输入单价进行总价的计算，通过对键盘的操作实现价钱的累加、去皮功能，期间会有语音播报模块播报输入值以及功能键的功能。系统总体框图1、1传感器的选择及相应功能和特点传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。(1)灵敏度称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mV/V。当使用2mV/V灵敏度和5V激励电压的传感器时，其满度输出电压为10mV。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6mV。当报警电路语音播报电路矩阵键盘显示电路传感器信号放大调理电路AD转换中央处理单元电源电路电子秤应用于工业环境时，在6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。(2)总误差总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。(3)漂移称重传感器也产生与时间相关的漂移。目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑，其主要特点如下：电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度较高，寿命较短，对环境要求苛刻，不易长距离传输；压电式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度高，寿命长，但大量程的压力传感器尚待进一步研究；电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境要求不太严格。综上所述，选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。1.2称重电路原理及选择小量程精确测量：(测量范围小于500克，误差不大于0.3克）悬臂梁在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片引变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。当垂直正压力P作用于梁上时，梁产生形变，电阻应变片R1、R2受压弯拉伸，阻值增加；R3、R4受压缩，阻值减小。电桥失去平衡，产生不平衡电压，不平衡电压与作用在传感器上的载菏P成正比，从而将非电量转化成电量输出。R1、R2、R3和R4组成惠更斯电桥，将对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压。惠更斯电桥在上图中，使相互对着的两个电阻变化性质相同。较大量程测量（测量范围小于15千克，误差不超过5克）：采用压力传感器，二者原理相似，都是电阻应变式称重传感器。1.3AD转换电路的选择采用电子秤专用24位AD转换芯片HX711。HX711采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B则为固定的32增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。HX711内部方框图如下图所示：（摘自HX711芯片使用手册）HX711的端口连接端口如下图所示：HX711端口连接1.4键盘电路的按键设置矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组。本设计通过矩阵键盘来实现单价的输入（按键包括0-9以及小数点），也可以通过编写程序实现其他一些功能：结合测出的重量设置一个总价键；可能会涉及到价钱的累加，设置累加键；设置清零键1实现累加值的清零；设置清零键2实现单价的清零（也可设置单价的删除键，每次按一下单价删除一位）；设置去皮键实现去皮功能。1.5超量程报警电路的设计采用有源蜂鸣器电路实现电子秤的超量程报警，蜂鸣器报警的同时红色LED灯同时发光，实现报警功能。具体实现电路如下：1.6液晶显示电路使用12864或者TFT液晶显示屏。屏幕显示重量、单价、总价、累加后总计。设置单价时可设置到分，重量可显示到0.1克。1.7电源电路5V稳压模块输出。1.8单片机最小系统1.9语音播报模块ISD1700系列芯片内部包括：麦克风前置扩大器、自动增益控制、扬声器驱动线路、振荡器与内存等全方位整合系统功能。在本设计中，为实现语音播报功能须事先将需要的声音通过线录的方式存入芯片内，当将此模块连进系统后则可直接通过程序调用语音。注意：实物在测量过程中会出现零点漂移现象，按下去皮键清零即可。2、软件程序框图设计2、1主程序流程框图设计如下：端口初始化显示初始化进入后台while循环键盘扫描称重并计算总价数据初始化定时器初始化有称重标志吗？有显示重量和总价无2、2时钟中断程序流程框图如下：时钟中断入口Counter累加置称重标志返回2、3键盘扫描程序流程框图如下：逐列扫描取键值返回有键按下？