基于单片机的电子秤设计

李小朋，李保育，雷豪豪

（长安大学 工程机械学院，陕西 西安 710064）

0 引言

近四十年来，电子称重技术在我们生活中扮演着越来越重的角色。我们生活中不乏称重计量衡器的影子，尤其在商业中电子秤地位特别高。称重技术从发展初期的杆秤、天平到弹簧秤、地磅，再到如今的电子化的称重系统。目前农贸市场上普遍存在的是台秤以及简易的电子秤，大型商场和工厂主要使用地磅和智能称重机等称重设备。随着科学技术给我们带来的便利，单片机电子秤的出现使称重技术又向前迈了一步。

在我们日常生活中电子秤中应用非常广泛，在称物品重量时基本上都会用到，小到农商商贩、交易市场的称重工具，大到工程中大型企业的称重。由于集成电路的大面积应用，使得体积微小、智能精确的特点成为了电子秤的主要发展方向[1]。电子秤的量程可根据不同场合的需要选择不同的量程，精度也可以进行调整，所以适用场合非常多，和过去的杆秤相比，无论是精确度还是方便程度都得到大幅度提升。研究以单片机为中心系统的电子秤不仅加大了衡器的使用，还能够扩大单片机的使用领域，使单片机技术进一步更新和发展。

1 电子秤的硬件模块及电路设计

1.1 核心控制器选型

本设计选择STC89C52作为主要控制芯片。本型号芯片内核模块采用的是MCS-51，CPU使用的是读取速度更快的8位CPU和可以自主编程的Flash功能，因为以上设计使得本型号芯片提升了整体的运行和读写速度，和同类控制器芯片相比，综合性能表现更加突出[2]。

1.2 数据采集模块及电路设计

为了得到更加精确的数据，本设计进行数据采集使用的传感器是HS02B S型传感器。本型号传感器核心是A/D转换电路，放在托盘中的物体给传感器一个压力，传感器输出的是模拟信号，因为单片机只能接收数字信号，所以传感器输出的信号必须经过转换变成单片机能够识别的数字量才行[3]。此时就需要有A/D转换电路来完成此转变过程[4]，完成这个转化后，电路将数字量运送到单片机中，单片机接受信号之后加以分析和处理，此过程完成之后，电路再将结果运送到其他位置。转换电路数据处理使用的是芯片HX711，此型号转换芯片精度很高、价格相对便宜、处理数据速度较快的特点，因此选择此型号芯片。数据采集模块具体电路设计如图1所示。

图1 数据采集模块的电路设计

1.3 显示模块及电路设计

由于电子秤上要显示称重物品的“单价”、称重物品的“总价”、仪器是否会“超重”测量得出的物体的“重量”等信息，本设计的显示器使用的是LCD12864液晶屏。与同类别显示器相比，该型号液晶显示屏耗电量少、显示直观方便，能够显示汉字、图形等特殊符号。此外，该型号显示屏价格便宜、使用范围广，在进行本模块硬件结构设计和编程时，程序编写也比较容易实现设计要求的功能。综合以上优点，LCD12864液晶屏作为本设计显示模块的主要元件非常合适[5]。显示模块主要是通过显示屏可以看到经过CPU处理过的数据，是对测量结果的一种反馈，人们按照自己的需要记录相应的计算结果。具体电路设计如图2所示。

图2 显示模块的电路设计

1.4 键盘模块和报警模块及电路设计

为了实现人工键盘输入和应急情景及时反馈的功能的实现，本设计加入了键盘模块和报警模块。我们可以通过键盘输入各种不同的信息，比如物品的单价、去皮等数据，通过发送指令实现人机交互，更加方便准确地得到想要的数据。报警模式是当电子秤处于不平稳、超重等意外情景时，通过报警信息使我们可以第一时间接收信息，并及时做出调整。本设计输入键盘是由16个小型按键开关按照方格状依次排列得出的4×4矩阵键盘。报警模块设计比较简单，报警元器件是发出声音的蜂鸣器和显示红色光的LED灯组成。当电子秤称重盘处于悬空状态使，系统报警；当称重物体达到10 kg以上时，蜂鸣器发出警报声音，LED灯也出现异常的闪烁。键盘模块的电路设计如图3所示。报警模块具体电路设计如图4所示。

1.5 电子秤的相关电路设计

本设计选择使用的主控制芯片是STC89C52，本设计系统有供电系统、最小系统模块、通断开关、数据收集、1602型LED灯、人机交互模块六部分构成。本设计预先设置的称重范围为0~10 kg，每一次称重出现的系统误差在±0.004 kg之间。本设计为了方便人们使用，添加了报警模块，使得使用者能第一时间察觉电子秤在工作出现的异常情况。与市场上同功能电子秤比较，本次设计的电子秤具有一定的优势。根据需要实现的功能设计出的电子秤设计框图如图5所示。

图3 键盘模块的电路设计

图4 报警模块的电路设计

图5 电子秤的设计框图

1.6 最小系统模块电路的设计

本模块的采用的是5 V电压为电路供电。时钟电路为单片机提供驱动元，促使单片机正常工作，时钟电路和晶振电路共同为单片机创造了运行时钟的条件，使单片机有序处理不同的数据。在设计时，为了使单片机产生一个精度很高的脉冲一般选用8 MHz或者25 MHz的晶振。复位电路是从外部将单片机重新启动的辅助电路，一般在上电过程或者调试过程中起作用。复位电路由电容和电阻组成，在上电或断电时，电路先为电容充电或是电容放电，使得单片机处于复位状态，防止上电或断电的同时单片机发出错误指令。最小系统模块电路图如图6所示。

图6 最小系统模块电路图

2 电子秤的软件设计

电子秤的软件设计是控制单片机运行的重要部分，通过编写软件，使单片机按照程序的指令分析和处理相应的数据并发出不同的指令，以此完成本设计的称重任务。

本设计主程序部分是由不同模块程序共同组成的，先将不同的模块程序编写在主程序中，根据需要进行子程序调用。当需要电子秤工作时，首先给系统供电，供电的同时系统各部分进行初始化进程，系统初始化完成后，根据检测到的结果进行数据分析，若系统显示屏不适正确的数据，可根据按键调用主程序中的清零、去皮、价格输入、数据累加等子程序，若屏幕显示正确，则可进行物品称重。本设计主程序流程图如图7所示。

图7 主程序流程图

3 结束语

由于本课题的研究是基于现实中随处可见的称重衡器作为切入点，市场应用范围广。目前，由于受到当今现有发展水平的限制，不管是在国内还是在国际市场，相对于高新技术领域的技术应用而言，电子秤的技术含量相对都偏低。未来的电子衡器会随着科技的不断进步向模块化、小型化、轻便化、集成化等方向发展，称重精度会变得越来越高、稳定性会越来越强、数据处理会越来越快，也只有这样的衡器才会受到人们的青睐。