基于单片机的电子秤设计与制作

杜路泉

(阿坝师范学院 电子信息与自动化学院,四川 阿坝 623002)

0 引言

电子秤是一种称量衡器，是我们的生活中必不可少的一种器件，目前在市场上的应用越来越广泛，但是随着社会科技的发展与进步，电子秤也在不断发展中，从以前的杆秤、台秤、磅秤等称量器具发展到现在的电子秤。电子秤可以清晰、直观而且方便地显示物品的重量，优点是使用起来操作简单，方便灵活，具有的功能很多，不像以前的衡器那样单一。目前的电子秤更趋向于多功能化、简单化，而且精度高[1]。

1 电子秤的设计要求

设计电子秤有以下几个基本要求:

1)电子秤称量范围:误差基本上不能大于5 g。

2)液晶显示:刚开始欢迎界面显示:“Welcome to Use Electrinic Scale”,然后再依次显示重量“WE:00.000”kg;单价“PR:00.0”元;总价“MONEY:00.00”元。

3)按键部分:可以进行调试单价、清零。

4)特色:电子秤有去皮的功能,在称重某些不容易去容器的物品时就很方便,而且电子秤超过其所能称量的范围10 kg,显示重量为“WE:……”然后会自动发出报警声,发光二极管不断闪烁。

2 电子秤设计原理

首先是将被测物放在称重的托盘上,通过传感器所感受的压力对信号进行收集,然后将其转变成电压信号,但是由于收集到的输出电压信号通常是很小的,所以需要对前端信号进行处理。通过放大器对所测量的电压信号进行线性放大,然后放大后的模拟信号再经过A/D转换将其转变成数字信号,由单片机进行处理。其次由单片机对其进行程序处理,通过在显示器上显示物品的质量,单价和总价。最后通过人机交互部分及矩阵键盘的设置，从而改变总价[2]。

现在的技术相对而言比较复杂,主要以模块化为主,先简单化完成各部分的主要设计,再连接各部分模块组合成一个完整的设计。电子秤的硬件部分主要分为几个模块,包括数据采集模块、模数转换模块、单片机控制模块、液晶显示模块和人机交互模块[3]。如图1所示。

图1 称重的硬件结构图Fig.1 Hardware structure diagram of weighing

另外,在原有的电子秤基础上,加上一个超重模块,当被测物品的重量超过它所能达到的最大量程,蜂鸣器就会发出报警声,同时LED灯会随着蜂鸣器的警报声闪烁[4-5]。

3 器件的选型

单片机在电子秤的设计中,占有核心地位,对单片机的选择也是极为重要。单片机的种类有很多,所以在选取单片机时,主要考虑以下因素:市场货源、单价成本、实现功能。表1给出了两种单片机的性能对比。

表1 AT和STC系列单片机的对比Table 1 Contrast of AT and STC series single chip microprocessors

通过以上两种系列的单片机的对比,选择STC89C52RC单片机,它是基于AT89C51/52系列单片机的更优款。STC89C52RC使用的是经典的C51单片机的内核,但是它在传统的C51单片机上做了一些改进,使得该芯片具有传统51单片机所不具备的新功能。在芯片上,STC89C52RC的片内存储器采用闪速存储器,并且它支持SPI-ISP在线编程,使程序写入更加方便,提高了调试效率,缩短了开发周期;使得STC89C52RC为许多单片机应用程序的系统提供了更加有效,更加快速的解决方案。同时,它的价格也是相对低廉,一块STC89C52RC芯片售价5元左右,因简单低廉而性价比高[6-7]。

4 主程序流程图

图2给出了单片机程序设计的流程图。

图2 主程序流程图Fig.2 Main program flow chart

首先对单片机、液晶屏进行初始化,然后打开STC89C52RC单片机的中断T0和T1,读取由AD转换器转换而来的数据,判断是否超过最大量程,如果超过10 kg就发出报警,没有超出量程就显示被测物的质量。然后再判断按键按下的功能,最后计算出总价[8-9]。

5 电路设计与仿真分析

首先,按照原理图焊接实物,然后再用万用表检查各个部分是否焊接正常,是否有虚焊、漏焊或连焊等,对比原理图并检查各个元器件是否连接正确。其次,用proteus进行仿真,将程序烧录进仿真软件,分析能否实现所想要实现的功能,不断调试程序并达到最佳效果。第三,把程序烧录进单片机中,进行实物演示。使用标准的砝码对其进行误差检测,将其误差减小到最小[10]。电子秤仿真图见图3。

图3 电子秤仿真图Fig.3 Electronic scale simulation diagram

6 电路测试与分析

经过以上测试方案,实物能够基本实现称重、设置单价、计算总价等,并且超过10 kg发出报警功能。但是电子秤还有一定的误差,对电子秤进行误差分析,修改传感器的特定参数值,然后再分别用砝码测试了20 g、50 g、200 g、300 g、400 g和500 g的显示数据,误差小于5 g,其具体实物如图4所示。

图4 手机的称重质量显示Fig.4 Weighing quality display of mobile phone

由以上图片可以看出,电子秤在称重误差允许范围内,达到了预期目标。

电子秤的具体测试结果如下表2所示。

表2 电子秤的称重结果Table 2 Weighing results of electronic scales

通过以上表格数据,可以计算出电子秤的误差在5g左右,达到设计的预期目标。

当打开电子秤开关时,电子秤显示欢迎界面,然后电子秤显示在称重界面。当把手机放在称重传感器上时,液晶显示器显示称重重量,就测得手机的重量为0.230 kg。当称重质量超过传感器最大称量范围10 kg时,电子秤会发出报警声。

7 总结

设计一款以STC89C52RC单片机为核心的电子秤,分析了电子秤的构成即硬件电路的构成和软件电路的设计,以及STC89C52RC单片机的各个引脚的功能。各个模块构成了整个电子秤的系统,该电子秤能够实现它的基本功能,应用在所需的场合。但是仍然存在一些不足,如在调试程序时考虑如何减小电子秤的测量误差;在后期设计中,考虑增加电子秤语音播报、显示日历、电子时钟等功能。