智能电子秤的设计

朱斯琪 董志远 西南石油大学机电工程学院

智能电子秤的设计

朱斯琪 董志远 西南石油大学机电工程学院

电子秤是电子衡器中的一种，是测定物体质量的一种重要工具，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连，是不可缺少的计量设备。本系统的设计基于电阻应变式称重传感器的全桥式称重原理。硬件电路主要是基于单片机AT90C51为核心的控制单元实现数据的处理，采用压力传感器对数据进行采集，电子秤专用24位AD转换芯片HX711对传感器采集到的模拟量进行AD转换，转换后的数据送到单片机进行处理，数据显示由LCD12864液晶实现，该系统具有自动校准功能，能够完成商品的称重和商品价格计算。其称重范围为5.00～500.00g。整个系统结构简单，使用方便。

电子秤 AT90C51单片机 数据采集 HX711 液晶显示

1 硬件电路的设计

1.1 系统设计方案

通过数据采集模块产生电压信号，再经放大电路把信号放大后输入A/D转换芯片进行A/D转换，转换后的数字量输入控制模块，根据需要对控制模块编写程序以便于数据处理，用控制模块进行数据处理和对A/D转换的控制，再由控制模块输出显示信号，通过显示电路进行显示。

1.2 传感器模块方案

本设计采用电阻式压力传感器作为称重传感器，在电阻应变式称重传感器中，通过全桥式电路将力的变化转换为电压的变化。电阻式压力传感器是由在同一个平面上不同方向的4个电阻组成惠斯通电桥。

当R1=R2=R3=R4时，Uo=0，此时电桥处于平衡状态。当压力作用在电阻式压力传感器时，电阻便会发生改变，R1=R-△R，R2=R+△R，R3=R-△R，R4=R+△R，此时输出电压Uo为：U=kεE(E=5V)。

1.3 模拟信号处理模块方案

本系统选择使用HX711作为信号处理模块的主要芯片。HX711内部不仅集成了信号放大模块，而且包含了一款高精度的24位A/ D转换器。不仅如此，HX711内部还集成了完成放大和转换功能所需要一些外围电路，比如稳压电源，时钟振荡器等。它的优点是精确度高，成本低，抗干扰能力强卓越且响应迅速。此外，HX711与单片机之间主要是通过管脚来驱动的，接口电路简单，不需要对芯片内的寄存器进行编程。

1.4 单片机模块方案

本系统采用AT90C51作为控制核心。AT90C51是一种具有高性能的CMOS 8位微处理器，它带有8K字节闪烁可编程可擦除的只读存储器，具有16位定时器2个，32条可编程的I/O线，且价格低廉，C语言程序编写容易，控制方便。

1.5 键盘模块方案

本系统选择4*4矩阵薄膜键盘，4*4矩阵薄膜键盘属于薄膜开关的一种，由上电路、面板、下电路、隔离层四个部分组成，内部集成了16个小的按键开关，并按矩阵式排列。不仅外形美观、体积小，而且密封性强，具有防尘、防潮等优点。

1.6 显示模块方案

系统中显示模块应该主要用于显示物体的重量、单价、总价，因此选用合适的显示模块非常重要。本系统采用LCD液晶显示，液晶显示模块在单片机应用中使用较多。它内容丰富，还拥有很多数码管不具备的优点。LCD12864是一种不带中文字库的液晶显示器，其显示分辨率为128×64，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令。

2 系统程序设计

软件方面，程序采用模块化的结构，这样程序结构清楚，易编程和易读性好，也便于调试和修改。

主程序模块如图3所示：

图3 系统主程序流程图

3 总结

本系统的设计基于电阻应变式称重传感器的全桥式称重原理。采用了电阻式压力传感器对数据进行采集，电子秤专用24位AD转换芯片HX711对传感器采集到的模拟量进行AD转换，转换后的数据送到单片机进行处理，数据显示由LCD12864液晶实现，该系统能够可以数字显示被称物体的重量，并完成商品的称重和商品价格计算。电子秤称重范围5.00g～500.00g；重量小于50g，称重误差小于0.5g；重量在50g及以上，称重误差小于1.0g，而且具有去皮功能。整个系统结构简单、易于分析、操作方便。

[1]黄继昌主编，传感器工作原理及应用实例.人民邮电出版社，1998

[2]康华光主编，陈大钦副主编.电子技术基础(模拟部分).第5版.北京：高等教育出版社，2006

[3]张齐，杜群主编，单片机应用系统设计技术.电子工业出版社，2007