便携式防水蓝牙电子秤设计

姚远+周伟+鲍承毅+彭磊+王秋菊

摘 要：随着无线通讯技术的发展，国内外快递业务中包裹的实时称重需求，加上快递物流过程中对物品掉包、丢包现象的监测，以及具有较大空气湿度等场合的称重，都亟需开发一种便携式的防水蓝牙电子秤。基于蓝牙无线通信技术，以单片机STC89C52为控制核心，外加数据采集、放大电路、鍵盘显示、电源部件、防水外壳等，实现了一种便携式的防水蓝牙电子秤的软硬件设计。该电子秤具有便携、寿命长、防水、无线传输等优点，具有一定推广应用价值。

关键词关键词：蓝牙通信；电子秤；单片机；无线通讯技术

DOIDOI：10.11907/rjdk.161515

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2016）008-0059-03

0 引言

电子秤是一种利用传感器技术、电子技术和计算机技术开发的电子称量装置，它可以快速、连续、自动、精准地进行称量，并且能高效地消除人为方面的误差。电子秤已广泛应用于社会生活、工商贸易、能源交通、冶金矿山、轻工食品、医药卫生、航空航天等不同领域[1]。传统的电子秤主要是实现称量实时获取重量数据，而在一些具有RS232/以太网通信接口的电子秤传输称重数据时由于采用电缆通信，因而具有电缆铺设麻烦、移动称量不便的缺点[2]。随着无线通讯技术的发展，开发具有无线通信接口的电子秤，促进数据通信向无线数据传输发展，具有现实意义[3]。特别是随着国内外快递业务的发展，快递包裹随时随地收发过程中的便捷称重需求，快递物流过程中对物品掉包、丢包等现象的监测[4]，以及具有较大空气湿度等场合的称重[5]，都亟需开发一种便携式的防水蓝牙电子秤，该电子秤的成功开发将具有极大的社会应用价值。

本文在蓝牙无线通信技术的基础上，以单片机STC89C52为控制核心，外加数据采集、信号放大、键盘显示、电源电路、报警电路、防水外壳等实现了便携式防水蓝牙电子秤设计，系统框架如图1所示。其原理如下：当被测重物加载在秤盘上时，位于秤盘下方的称重传感器将产生与被测载荷成正比的微弱电压信号，该电压信号经放大、A/D转换后送至单片机，单片机处理后由多位数码管显示被测物体的质量，可通过薄膜矩阵键盘电路选择电子秤的不同功能和输入单价等，重量数据等信息可实时显示在LED模块，并可通过蓝牙接口无线传送至终控电脑、手持式平板电脑、PDA、Android等终端设备。

1 便携式防水蓝牙电子称硬件设计

1.1 单片机核心板设计

系统控制器选用51系列单片机STC89C52，具有8KB Flash存储器，可通过USB串口适配器对单片机程序进行下载及烧写[6]。接口设计如下：P0.0-0.7为LED八段驱动口，P1.0-1.2为LED驱动芯片TA6932的数据通信口；P2.0-2.3为键盘的行线，P2.4-2.7、P1.3-1.4为键盘的列线；P1.5-1.6为AD数据接口， P1.6为报警接口；P3.0-3.1为蓝牙通信接口。

1.2 称重传感器选择

电阻应变式压力传感器具有稳定性好、寿命长、精度与灵敏度高等特点[7]，因此选用的是电阻式应变片铝制压力传感器（最大40Kg），其梁内粘贴有多个应变片组成的电桥，可自动补偿温度变化带来的影响，灵敏度是2.0±10%mv·v-1。

1.3 A/D转换滤波电路设计

HX711是内部集成有稳压电源、片内时钟振荡器的24位A/D转换芯片，具有集成度高、内置增益控制、响应速度快、抗干扰能力强等优点[8]。HX711与单片机的连接十分简单，只需要时钟和数据口线，工作电路如图2所示。

1.4 数码管显示电路设计

TA6932是LED驱动控制专用电路，内部集成了MCU接口、数据锁存器、LED驱动接口等[9]。数码管显示电路由TA6932驱动的16位共阴极数码管组成，3组数码管组分别显示商品的重量（5位）、单价（5位）以及价格总额（6位）信息（其中重量数码管组显示的重量单位是g，单价和总额单位是分）。

1.5 薄膜矩阵键盘、报警电路设计

便携式防水蓝牙电子秤采用全密封粘贴4*6薄膜矩阵式键盘，有数字0～9，有清零、去皮、删除、累加、多位存储等功能按键，具防水防潮功能。

当测量重量超过量程（30Kg）时，便携式防水蓝牙电子秤的报警接口驱动蜂鸣器鸣响，报警灯亮。

1.6 蓝牙通信接口设计

蓝牙（Bluetooth）技术是一种短距离无线通信技术，它能简化移动设备与因特网之间以及移动设备与移动通信终端设备之间的通信，从而使因特网与现代通信设备之间的数据传输变得更加快速与高效，为无线通信拓宽道路[10]。散式网络结构以及快跳频和短包技术都支持点对点及点对多点之间的通信，工作在全球通用的2.4GHz频段，采用时分双工传输方案，可实现全双工传输，其数据速率可达1Mbps，从而使移动用户摆脱电缆的束缚，实现设备之间低成本的无线高效互连通信。

便携式防水蓝牙电子秤选用SH-HC-06蓝牙通信模块实现无线通信，该模块采用英国CSR公司BlueCore4-Ext芯片遵循蓝牙V2.0 + EDR蓝牙规范，支持UART接口[11]。其中，单片机STC89C52的TXD、RXD

分别与蓝牙模块RXD、TXD相连。

1.7 电源供电设计

便携式防水蓝牙电子秤供电由变压器、整流器、滤波器、稳压器、充电电路及低电压报警电路等组成[12]。针对电子秤电池欠压后继续使用导致计量不准和电瓶寿命缩短的现象，设计了专门的电瓶电压检测电路，当电瓶电压到低电压阈值时，系统自动报警，提示充电。

1.8 便携防水外壳设计

电子秤外壳采用ABS材料一次注塑成型，体积小、重量轻。在外壳的上盖和下盖之间采用U型槽扣合设计；在传感器、电源线的进出线缆处采用密封胶垫封闭；在薄膜按键下设置有矩阵型U型导流小槽；由一整张开有透明窗口的面贴覆盖显示和按键部分。上述手段实现了防水防潮，进而保证电路板不被破坏。

2 便携式防水蓝牙电子称软件设计

2.1 主程序设计

便携式防水蓝牙电子秤的软件采用C语言编写，采用模块化设计。主要模块有：AD模数转换、均值滤波、数码管显示、键盘扫描、超负荷报警检测、防抖、蓝牙通信等。其主程序流程如图3所示。

2.2 无线通信设计

蓝牙通信设计主要包括蓝牙初始化、数据发送与接收以及断开蓝牙设备连接等几个过程，其流程如图4所示。

3 便携式蓝牙电子秤测试分析

便携式蓝牙电子秤的称重范围为0～30kg，分度值为1g，误差不超过0.2%。参考国家标准《非自动秤通用检定规程JJG555-1996》[13]，用M1级的检定砝码进行测试（实验室砝码），测试结果如表1所示。由测量数据可知，便携式蓝牙电子秤存在一定误差，该误差主要是秤重传感器的误差导致。

4 结语

便携式蓝牙防水电子秤借助蓝牙通信接口，将称重等信息传送至电脑终端、手持式平板电脑、PDA、Android手机等终端设备，与条形码系统相结合，配合ERP或物流管理系统，可提升工作效率，减少因人为疏失而造成的错误，可应用于仓储管理、货运速递、物流等行业。该便携式蓝牙防水电子秤的手机APP正在开发中。

参考文献：

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[13]中华人民共和国国家计量检定规程，JJG555-1996非自动秤通用检定规程[S].北京：国家技术监督局，1996.

（责任编辑：孙 娟）