全国大学生电子设计竞赛简易电子秤D题.docx
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全国大学生电子设计竞赛简易电子秤D题
2016年全国大学生电子设计竞赛
简易电子秤（D题）
高职组
摘要：
系统以STC12LE5A60S2单片机为主控器，设计一款一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤。
该系统包括单片机主控模块、重量传感器模块、语音模块、键盘输入模块、显示模块、电源模块。
重量传感器完成被测物体的重量信息采集；独立式按键设定被测物的单价；采用直流稳压输出电源5V和3V为系统提供工作电源。
系统制作成本较低、工作性能稳定，能很好达到设计要求。
关键词：
HX711、WTV020-SD语音模块。
3.5输入按键模块设计
1设计任务与要求
1.1设计任务
设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤，电子秤的结构如下图1。
所示。
图1：
电子秤的结构图
1.2技术指标
（1）电子秤可以数字显示被称物体的重量，单位克（g）；
（2）电子秤称重范围5.00g~500g；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1g。
（3）电子秤可以设置单价（元/克），可计算物品金额并实现金额累加。
（4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过100g
（5）其他。
（6）设计报告：
1.3题目评析
根据设计要求，对题目评析如下：
本题的重点：
1设计合适的机械结构，选择适当的压片器。
2传感器灵敏度的选择。
本题的难点：
1减小测量误差。
2方案比较与选择
2.1单片机模块选择
方案一：
采用STC公司生产的STC12LE5A60S2芯片，这块单片机单指令周期而且是低压3.3V工作，满足对于SD卡的3.3V电平。
方案二：
采用STC公司生产的STC89C252RC芯片，它的指令代码完全兼容传统8051且单片机程序编写简单、价格低廉。
对比两个方案，综合考虑系统需要，方案一能满足系统控制要求。
2.2压力传感器选择
方案一：
采用的是惠更斯电桥，当弹性承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）收到拉升或压缩应变片变形后，他的阻值将发生变化（增大或减小）。
从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。
方案二：
采用四个应变式压力体重传感器组成全桥电路，这样对压力的灵敏度将会比惠更斯电桥增加一倍以上，这样测量的精度将更加准确，而且机械滞后小、横向效应小以及本身体积小。
综合上述两种方案，我们采用全桥电路模型的压力传感器，称重范围为5Kg，满足题目要求的1kg~5kg的测量范围。
2.3PCA和AD转换模块的选取
方案一：
采用精密仪放对压力转换的模拟信号进行固定增益放大,然后外接高精度的AD模块对其进行AD转换成数字信号交给单片机进行处理。
方案二：
采用集成芯片HX711，其内部自PGA和24位AD,24位的精度完全能够准确的分辨出题设中的1g的精度变化。
综上所述，我们选取方案二,因为方案二采用的集成芯片不但简单而且高效，相比方案一节省了很多电路的调试时间而且降低了实物制作的面积。
2.4语音模块选择
方案一：
采用WTV020-SD语音模块,它是一款可重复擦写语音内容的大容量存储类型的语音模块。
方案二：
采用WT588D语音模块，芯片功能强大，但是价格较高。
综合上述两种方案我们最终选取方案一，此方案能够满足系统的要求而且性价比较高。
2.5输入按键模块选择
方案一：
采用按键矩阵的方式，这样可以大大减少I/O口的使用同时增加I/O口的复用。
方案二：
采用单独的按键控制，这样的优点是程序代码简单，但是因为实际所需要的按键过多，这样就增加了单片机I/O口的使用。
综合上述两种方案我们最终选取方案一，此方案使我们能够减少单片机I/O口的使用，节省了I/O资源。
2.6电源模块选择
方案一：
采用直流稳压电源。
线性稳压电源制作简单，输出稳定，但价格较高。
方案二：
采用开关电源。
开关电源功率大，效率高，性价比相对较高
综合考虑，方案二可以满足系统要求。
2.7显示模块选择
方案一：
采用LED1602显示屏，它的优点是其外围电路简单，程序代码简单，缺点是显示范围小不支持中文显示。
方案二：
采用LCD12864显示屏，它显示范围大且支持中文显示。
综合考虑，我们选择了方案二，因为它支持中文显示可以满足系统要求。
3电路系统与程序设计
3.1系统总体设计
选择STC12LE5A60S2作为主控MCU，通过独立按键来设定被测物体的单价，单片机通过重量传感器采集重量信息，通过语言模块提示和LCD12864液晶进行实时显示数据。
系统硬件总体框图如3.1所示：
图3.1：
系统硬件总体框图
3.2单片机最小系统设计
STC12LE5A60S2单片机最小系统，就是使单片机正常运行的最低配置：
它有复位系统和时钟系统两个系统构成：
3）电源系统：
VCC,和GND引脚，供电电压3.3V.
STC12LE5A60S2单片机最小系统电路图如图3.2所示。
图3.2:
单片机最小系统电路图
3.3压力传感器模块设计
HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。
HX711的外围电路如图3.3所示
图3.3:
压力传感器模块电路图
3.4语言模块设计
WTV020-SD语音模块原理图如图3.4.
图3.6:
WTV020-SD语音模块模块电路图
3.5输入按键模块设计
矩阵按键控制模块的连接如图3.5所示。
图3.5:
输入按键模块电路图
3.6电源模块设计电源模块用于为系统中各个部分提供稳定可靠的电压,电源电路是一个设计中最关键的部分，各个模块要想正常工作都需要提供合适的电源。
相应的电源模块的原理设计如图3.6所示（输出5V电源和3V电压）。
图3.6:
电源模块电路图
3.7显示模块设计
LCD-12864是一种图形点阵液晶显示。
LCD12864特性：
工作电压为+5V±10%显示内容：
240×128点，可显示15个（/行）X8共120个（16×16点阵）的中文字符
图3.7:
LCD12864电路图
其接口电路如图3.7所示。
3.8程序设计
程序流程如图3.8所示
图3.8:
程序流程图
4系统测试
开始加入50g的砝码，每次增加50g,共测试5次，以便了解精准度。
测量次数
1
2
3
4
5
实际重量（g）
测量重量（g）
测量误差（g）
物体单价（g/元）
最终价格（元）
5总结
经过一个星期的制作，我们最终顺利的完成了题目实物的制作。
系统是以STC12LE5A60S2为主控芯片，通过压力传感器和HX711芯片将压力转化为数字信号并传给MCU进行处理，最终还原本来的重量进行显示，同时添加语音功能和WIFI功能使电子秤更加人性化和实用化。
参考文献
附录
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