基于单片机的数字式电子热量秤设计

黄玥

摘要：所谓的数字式电子热量秤，实际上就是能够用于进行食物重量和热量称量的电子秤，可以满足人们对健康生活的需求。基于这种认识，本文使用STC89C52RC作为系统主芯片，分别从硬件设计和软件设计两个方面对基于单片机的数字式电子热量秤设计方法展开了探讨，从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：单片机；数字式电子热量秤；设计

引言：在现实生活中，随处都能见到数字式电子秤。而该类电子秤具有准确、直观和方便等特点，所以逐渐成为了重要的计量工具。但随着人们对电子产品功能需求的增多，目前人们已经不满足于利用电子秤进行称重，还希望能够利用电子秤完成食物热量值的获取。面对这种发现形式，还要利用单片机完成电子秤的全新功能的开发和设计，以便生产出拥有更多功能的家电产品，继而更好的推动电子技术的发展。

1基于单片机的数字式电子热量秤的设计思路

在设计数字式电子热量秤时，应明确系统功能。使用该种热量秤，需要在受到垂直压力时完成热量信息的采集，并将采集数据显示出来。而利用电阻应变式压力传感器，则能将电阻值变化转换为毫伏的电压信号。借助放大电路，并利用A/D转换器实现模数转换，然后利用单片机对数据进行处理，则能得到需要测量的数据。从这一思路可以得知，系统应由五部分构成，即单片机、称重传感器、调理电路、A/D转换器和输入显示电路。在系统输入显示部分，还要李利用矩阵键盘进行热量信息的输入，并利用液晶显示器进行结果显示。

2基于单片机的数字式电子热量秤的硬件设计

2.1系统主控芯片

系统采用的主控芯片为STC89C52RC，为MCS-51单片机，拥有CMOS8位控制器。该芯片不仅功耗较低，同时还有8K字节系统可编程Flash存储器，所以能够为嵌入式控制应用系统提供高效和灵活的解决方案。从芯片标准功能上来看，其拥有512字节RAM和32位I/O口，内部存在4个外部中断和3个定时器，并且拥有4KB EEPROM和复位电路，能够提供全双工串行口[1]。利用该芯片，可以利用双线串行方式实现数据通信，并且能够完成数据计算转换，也能控制液晶显示屏进行数据的输出显示。

2.2系统传感器

在实际进行称重传感器选择时，还要使用高精度电阻应变式压力传感器。该种传感器由电阻应变片电缆线及弹性体等多个部分构成，拥有较高的灵敏度和精度，并且具有一定的稳定性，能够满足热量秤的设计需求。而实际选择的传感器内部有4个电阻应变片，能够构成惠更斯电桥。在应变片发生变形的情况下，其阻值也将变化，所以将引起电桥失去平衡，从而获得对应的差动信号。利用这些信号，则可以将力转化为微弱电信号。在系统中，传感器测量精度约5g，测量范围在0-10kg之间。

2.3信号调理转换电路

在信号调理转换电路中，需使用HX711芯片。该芯片为电子秤专用A/D转换芯片，具有较高的精度，并能实现内部增益控制，所以稳定性较好。借助双线串行，该芯片可以顺利与单片机通信，从而将数据传送给单片机。在调理转换电路中，芯片通道A将与传感器进行连接，并利用PD_SCK和DOUT串口进行数据通信。借助通讯线，可完成输入通道和增益的选择。在DOUT进行高电平输出时，说明芯片并未准备好，PD_SCK将为低电平输入[2]。在DOUT进行低电平输出时，PD_SCK将输入多个不等时钟脉冲。在第一个时钟脉冲上升沿位置，可得到24为数据最高位。在第24个时钟脉冲过后，输出数据将从最高位降低到最低位。在第25-27个脉冲出现时，可进行下一次模数转换通道和增益的选择。正常的情况下，PD_SCK输入的时钟脉冲数应在25-27范围内，以免串口通讯错误的产生。如果需要重新选择通道或增益，只有经过4个数据周期，转换器才能逐步趋于平稳，并进行有效数据的输出。

2.4系统键盘电路

在热量信息输入设计上，还要利用矩阵键盘。采用矩阵形式进行按键的排列，能够满足按键数量过多的使用条件，并且能够使单片机I/O端口占用得到减少。采用该种键盘结构，可利用一个按键对水平线和垂直线的交叉点进行连接。而键盘的I/O口为单片机P1口，需要将其列线接入该口的低4位。针对P1.0-P1.3列线，还要分别进行上拉电阻连接，然后接入+5V电源，同时将这几个列线当成是输入接线。针对P1.4-P1.7行线，还要进行输出接线的设置。在行线和列线的交点处，则可以进行4*4矩阵键盘的设计。从按键组成上来看，应包含五个功能键、0-9数字键和小数点键。

2.5系统液晶显示电路

系统在进行测量数据显示时，还要利用128*64汉字屏进行信息显示。而使用的液晶显示屏型号为JLX12864G-086-PC，为图像型液晶显示模块，不仅能够用于进行普通图像的显示，还能进行单色图片显示。在该模块中，包含有JIX-GB2312字库芯片。从字库中，能够完成点阵数据的读取。将这些数据写入LCD驱动芯片，则能完成热量信息的显示。

3基于单片机的数字式电子热量秤的软件设计

完成系统硬件设计后，还要进行系统软件设计。由于系统使用的单片机为STC89C52RC，所以还要利用Keil C51编译器进行主程序编写，并利用proteus软件完成系统仿真分析。从系统软件结构上来看，其有主程序模块、中断模块、键盘扫描模块和显示模块构成。利用中断模块，可使系统每0.5s完成一次称重。在系统工作时，其在一开始将完成初始化，然后判断是否出现秤重标志。系统在进行键盘是否有按键被按下时，会对列线状态进行检测[3]。如果发现有一列为低电平，说明有按键按下。如果所有列线均为高电平，则意味着不存在被按下的按键。未发现标志，系统会进行键盘扫描，然后确定是否有称重标志。确定有称重标志后，系统会进行称重，并完成热量计算。在此基础上，则会进行重量和热量的显示。在对系统进行仿真测试时，还要利用电位计对模拟重量的电压值进行控制，从而通过改变电压实现输出电压控制，进而对称重过程进行模拟仿真。而通过测试可以发现，利用系统进行重量和热量的称量，能够满足系统设计要求。

结论：通过研究可以发现，使用单片机进行数字式电子热量秤的设计，能够满足系统设计的准确度和稳定性要求。使用数字式电子秤进行称量，可以将食物重量有效转换为热量，从而满足人们对食物热量的称量需求。而在现代家居生活中，随着人们对健康问题的认识的提高，相信该类电子秤也将获得较好的应用前景。因此，本文对基于单片机的数字式电子热量秤设计问题展开的分析，能够使有关研究领域存在的空白得到弥补。

参考文献：

[1]江杭军，朱型存，施烨凯等. 基于单片机数字式智能电子热量称的设计[J]. 電子世界，2013，17：138.

[2]高金法，袁淑芳. 热量表存在的电磁兼容问题及解决方法探讨[J]. 大众标准化，2014，01：57-59.

[3]高正中，刘超，李世光等. 基于MSP430的超声波热量表设计[J]. 自动化与仪表，2015，03：19-22.endprint