基于单片机的高精度电子秤设计与实现

基于单片机的高精度电子秤设计与实现

摘要 本设计采用模块化设计法，以51单片机为核心设计一款高精度电子秤，当被称物体放置在秤台上时，称重传感器产生力-电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系的电信号。该电信号先通过前端信号处理电路，然后经过A/D转换电路转换成数字信号送入到主控电路的单片机中，单片机通过扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行判断、分析和控制，来完成各种运算和显示功能。

关键词 51单片机；称重传感器；模拟量输入通道；液晶显示

引言

电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化，它起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理等多方面的作用。称重装置的应用已遍及国民经济各领域，取得了显著的经济效益。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视[1]。

1 电子秤的结构特征介绍

其主要特征如下：

（1）采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程0～10kg，测量精度可达5g。

（2）采用电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换，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。

（3）采用STC89C52单片机作为主控芯片，实现称重、计算价格等主控功能。

（4）采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。

（5）采用4*4矩阵键盘进行人机交互，键盘容量大，操作便捷。

（6）具有超量程报警功能，可以通过蜂鸣器和LED灯报警。

（7）系统通过USB电源供电，单片机程序也可通过USB线串行下载。

2 主控芯片

STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案[2]。

3 系统的硬件设计

3.1 系统电路原理图

单片机选用STC89C52RC，采用12Mhz的晶振，显示屏的一些引脚与单片机P0相连，需要外接一个排阻作为上拉电阻。质量值可以在数码管上一起显示，简化了电路的设计，并增加了显示的稳定性[3]。

3.2 系统的工作原理

稱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。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，内置增益控制，精度高，性能稳定。HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据，进行计算转换，在液晶屏上显示出来[4]。

4 系统的软件设计

本系统采用高级的单片机C语言编写程序，根据硬件电路中的各模块的设计与功能，编写了相应的软件程序。总体的程序设计流程图如图2所示。

5 结束语

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。采用单片机设计的电子秤会越来越适应社会的发展。

参考文献

[1] 宋文绪.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2005： 29.

[2] 常健生.检测与转换技术[M].北京：机械工业出版社，2004：55.

[3] 凌志浩.智能仪表原理与设计技术[M].上海：华东理工大学出版社，2003：67.

[4] 余永权.Flash单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社， 1997：112-114.