电子秤测重数据同步传送系统的嵌入式开发

王胜楠

（郑州技师学院，河南 郑州 450001）

当下，得益于电子技术的不断发展，生活中不断出现各种测量工具的身影，电子秤就是其中一种[1]。电子秤是人们生活中必不可少的工具，无论是卖家还是买家，购物时都需要用电子秤来称量商品的质量。然而，大量程的电子秤成本高、放置空间大、不易搬运，无法适应人工智能的发展。基于此，笔者开发出一种基于自制的AT89C51 单片机和全桥压力传感器等硬件的微型电子秤。该电子秤测量方便且精度高、简易、实用并具有极广的适用范围[2]。

1 总体设计

本设计主要以AT89C51 单片机为主，并配有全桥传感器、HX711、UART、单片机复位电路等硬件。全桥传感器是桥式传感器的一种，是用在汽车衡、轨道衡等装置上的专用传感器；HX711 是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片；UART 是一种通用串行数据总线，用于异步通信；单片机复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，其操作原理与计算器有着异曲同工之妙。总体设计如图1所示。

图1 总体设计

2 设计方案及工作原理

2.1 设计方案

传统电子秤只是基于单片机将物品的质量、分度值等其他信息显示到显示屏上，本文是基于UART，根据电子秤硬件设计和工作原理，编写出与硬件兼容的软件系统。采用该软件系统，电子秤可将测得的质量数据通过AT89C51 单片机同步传送给计算机、票据打印机生产厂商设计的打印系统以及其他需要同步获得物体质量的系统等。本软件系统采用模块化集成设计，用户操作简便、系统反应时间短、响应速度快。本设计的整体方案如图2 所示。

图2 总体方案设计

2.2 工作原理

本文开发的同步系统的各种用户是唯一的参与者，参与者通过使用事件与系统进行交互，所有的使用事件综合起来即构成了用户的功能需求。用户可将所要称量的物品放置于电子秤秤盘上，即系统的输入量[3]。软件系统开始检测秤盘上是否有物品放置，当检测到有物品时，开始对物品的实际质量进行测量。系统将3 次测量结果进行对比，3 次测量结果一致时，基于全桥压力传感器制作的电子秤将测重数据通过HX711 模块发送给AT89C51 单片机，单片机通过其UART 串口通讯将侧重数据发送给计算机或其他需要物品质量数据的第三方系统进行处理[4]。

3 硬件设计

本系统的硬件设计主要包含电源模块、数据采集模块、图像采集模块、微控制器STC89C52 等。电子秤同步系统硬件总体流程如图3 所示。

图3 硬件总体流程图

单片机STC89C52RC 的作用主要是处理HX711芯片传输的数据，然后通过UART 串口通信将处理过后的信息传输到PC 端。PC 端主要接收单片机传输的质量信息，然后对其进行数据整合处理，输出客户需求的详细信息。

3.1 单片机模块

本文所选的单片机为STC89C52 单片机如图4 所示，具有8 K 字节系统并且其存储区域可以编程和檫除，本单片机操作简单，具有高度集成技术，可以通过串口通信传输数据，计算速率较快，相对于其他微处理器不仅经济，且利用率高，除此之外还具有定时功能和计数功能，完全能够满足本文电子秤测重数据同步传送系统的开发要求。

图4 STC89C52RC 单片机

3.2 电源模块

电子秤测重同步数据系统的设计涉及到多个硬件模块，每个模块都需要电源的支撑。因为电子秤系统一般用在居民楼用电，一般选用交流220 V 电压，然后通过变压模块将电压转变成直流24 V 电压或者是5 V 电压，供其他硬件使用。电源电路如图5 所示。

图5 电源电路

3.3 数据采集模块

数据采集模块是利用HX711 芯片和传感器结合进行采集信息，然后对其进行数模转换，最后整合数字信号发送给处理器单片机对数据进行处理。

传感器的种类非常之多，按照传感器的工作原理可将其分为电阻式传感器、电容式传感器、热电式传感器和电感式传感器等。本文选择的传感器是QLD-31应变式称重传感器，如图6 所示，传感器表面硅橡胶具有化学稳定性，使输出的电信号更加具有稳定性；信号线内又置镀银屏蔽线，防止各种高频无线电波等干扰，弥补了稳定性差、抗干扰能力差等缺点。

图6 称重传感器

目前较流行的A/D 转换芯片有TM7711、HX711和HX712，经分析对比后，TM7711 主要用在温度、湿度等模糊量的转换，HX711 和HX712 转换器都作为一款24 位的模数转换器芯片，都是针对体积小和精确度高的称重传感器而开发设计的。它们读数据部分都差不多，只是HX712 只能读一个传感器，而且带电池检测，仅适合低功耗的产品，没有HX711 的应用范围广。因此，本设计选用HX711 作为A/D 转换器。HX711内部方框图如图7 所示。

图7 HX711 内部方框图

3.4 UART 串口模块

UART 是本设计重要的硬件系统，由3 根线进行数据传输，第一根是用作发送数据信息的TXD 线口，第二根是用作接收数据信息的RXD 线口，第三根是用作连接大地的线口。在本次实验设计过程中，总共用到了2 个UART 串口模块，第一个是称重传感器与A/D转换芯片HX711 之间通过UART 串口连接，第二个是A/D 转换芯片，HX711 与单片机STC89C52RC 之间通过UART 串口连接。

4 系统功能

本文开发的电子秤数据同步传输系统主要有以下3 部分功能性要求：①本系统的称重数值可精确到小数点后两位，量程为0～10 kg，分辨率为1 g，误差小于1 g；②本系统运行于自制的AT89C51 单片机上，在系统开始工作前，需将单片机冷启动；③本系统结合其硬件基础，设置有复位电路，在系统出错时，用户可以手动按下复位按钮，此时系统重启，开始重新对物品质量进行测量。

5 结束语

本文通过开发同步传输系统，在传统电子秤的基础上，增加了PC 端数据处理系统，通过同步传输将传感器传输信息以及商品种类、价格等信息传送到PC端，PC 端经过程序处理，传输给打印系统，参与者只需将商品放置传感器，通过查看打印信息即可获得商品的质量、种类以及价格。满足了无人超市散装商品无法称重的要求，并且其效率及准确率都有所提高。此系统若要满足智能化无人超市需求，还有2 个问题亟待解决：物品的种类无法识别，需要提前输入程序；现在传感器的量程为0～10 kg，需要增加量程，才能针对不同的商品进行称重。后续工作将结合这2 个问题，提高电子秤的智能性。