基于单片机的蓝牙语音体重秤.docx
《基于单片机的蓝牙语音体重秤.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的蓝牙语音体重秤.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的蓝牙语音体重秤
基于单片机的蓝牙语音体重秤
摘要：
在日常中我们需要知道物体的重量时，就要用到秤，而因为其的适用性，我们对秤的要求必定是要切合实际的，方便人们使用。
本设计为基于单片机的智能语音秤，在进行称重的时候可以语音播放当前物体的重量，给人更加直观的感受。
系统硬件的主要组成部分是：
压力传感器模块；A/D转换模块；LCD显示模块；按键模块和语音播报模块组成。
压力传感器模块主要功能为测量物体重量；A/D转换电路主要功能为将压力传感器输出的模拟量转化为数字量；LCD显示模块主要功能为显示物体重量；语音播报模块通过按键触发播放当前物体重量。
经过系统的分析，这个设计可以实现语音播报物体重量的功能。
关键词：
单片机；智能语音秤；压力传感器；显示模块
1绪论
1.1系统背景及意义
在生活中，我们常常需要使用秤来测量物体的重量。
由于秤在日常生活中被广泛使用，其设计要求必须易于操作，便于识别。
随着测量技术和电子技术的发展，台秤等传统纯机械计量装置逐渐被排除。
电子秤等电子测量装置的精密度、速度、便利性和直观性受到人们的喜爱，电子秤向精密度提高、成本降低的方向发展，使人们对低成本和高性能模拟信号处理器的需求越来越大，单芯片微型计算机对机器的处理器由操作系统、控制器和内存组成，它是近几年来发展广泛应用的芯片，可以使用很多简单的控制。
这不仅使用简单，而且成本低廉，市场上有多种单芯片模型，可以让设计师根据自己的需求选择，单芯片微型计算机的周边设备不足，一句话就是芯片制造电脑。
单片机需求量大，目前有8、16、32个单片机，其中51单片机以8位单片机最为成功，简单可靠，性能优秀，受到了广泛的赞扬。
近几年来，传感器技术的快速发展给我们的生活带来了便利。
1.2国内外研究现状
电子秤的演变路程无疑是具有传奇性的，从一开始的普通到优秀，从粗糙到精细，一开始的功能是非常单调的，最后发展成为变化多，功能齐全的产品[1]
尤其是最进的这段时间里，在面对面称量重，包括他的重量计算，控制产品的质量要求是否合格，等全部都需要依赖一些电子的产品。
时至今日，称量的一个方式和专业的数据体系都逐渐地演变为，在储存中、预包装的过程中、电子秤等等。
他们这些行业对其的依赖愈来愈明显。
所以说电子秤之所以可以发展起来，离不开他们的帮助。
在之后，先与西方的一些国家中开始流转开。
[3]
20世纪40年代，机械和电气重量测定衡器被开发出来。
20世纪50年代，以重传感器为基础的电子衡器开始出现。
20世纪80年代以后，中国开始了自己的研究、引进和技术改造，通过传统的机械型材发展集成传感器、微型电子技术和电子型材，发展了计算机技术和集成电子型材[3]。
重量测量传感器技术，随着超大型集成电路和微处理器的发展，电子重量测量技术及其应用将进一步发展，逐渐受到人们的重视，近几年来，随着电子型机技术和电子型机市场的发展和电子型机市场的需求，电子衡器呈现出小型化、模块化、智能化、集成化等发展趋势，其技术性能呈现出高速、高准确度、高可靠性，其应用接近综合性和组合性[4]。
电子衡器对于我国的法律，经济建设发展，国防的建设，科学家们的研究，对内，对外出口中必不可少的一环。
现如今，不管什么行业只要想发展，经济想得到进一步的提高，均离不开此项技术。
电子秤的发展无疑是划时代性的，其中可以分为民用或者工业用。
在民用中要求其产品的广泛性要大，而在工业中，首当其冲的必定是其的精准度，这方面的要求是十分严格的，但它有一个共同的有点，那就是不论何种类型，其在外观上，科技技术上都十分出众。
更重要的一点是，其非常小巧，很方便带着。
由于称重引起人们的关注，它是一种测量方法，包括工农业、科研、交通等，广泛应用于国内外贸易等行业，与人们的生活息息相关。
20世纪50年代中期，电气技术的民粹主义将推动监狱制造业的发展。
在20世纪60年代初，电子技术人口刺激了监狱制造业，近四十年来，我国从机械到电子、数字智能技术等领域发展和完善了机械和电子刑具。
分析了电子规模的演变和国内外市场需求，指出制造技术和电子秤的应用正在经历新的发展。
快速、快速、稳定、可靠。
其功能接近“智能”功能。
它强调了不受控的信息和控制信息，其应用性能接近全方位。
在我国，有非常多的公司所取得的成绩都是非常傲人的，在南方，上海和深圳的公司无疑走到了行业的前端，在他们中可以看出共同点：
其设计全部都是非常人性化的，而且技术方面也是远远走在行业的前沿，使用了嵌入式转换技术。
这方面和其他公司的传统技术作比较的话，无疑是非常具有优势的，其精确性大大增加了。
电路的设计也更为简单了，这样的话就节省了很大的一笔维护成本，以其兼容性为例，产品的质量问题也不必担心，不论是产品的外观，还是工作状态，包含传感器的电源电路这些全部都大大的节缩了成本。
都满足了低成本的要求,有些液晶显示器产品采用内置电池充电,工作时间可达400小时以上。
这对于同行业来说无疑是处于压倒式的优势[5]。
电子秤在国内外得到了广泛应用，特别是在非家用场合，主要产业有西特拉、雪松、石材等，品牌以其储能技术闻名。
它革命性、非常精确、可变体积的原理在专利的数目上是非常惊人的。
经过工作人员多年的艰苦研究，在线产品包括：
采暖空调、工业过程控制、测量与测试、环境参数测量等，自1982年以来，该网站在电子秤上应用了卓越的容量技术，设计出来了非常具有先进性的产品，其中还包括其他类型的称重工具。
1.3设计思路
本论文的主要思想是采集压力变化传感器的电压信号，并将其转换成现代变频器的数字信号，最后通过单片机进行数字信号的传输。
经过相应的处理后，单片机工作，音频传输模块也可用于声音传输。
设计过程参考相关数据，分析研究了对称质量仿真的基本原理、软件和模块，详细分析和检验单片机与外围模块的接口边界以及电子秤应用程序的实现。
2系统概述
2.1系统框架
本设计以AT89C52单片为主，控制模块、LCD显示模块、WT588D语音提示模块、设计由压力传感器和芯片组成的测重量的设备，构成整个系统，AT89C52价格低廉，易于生产，单芯片微型计算机感知到hx711芯片的数字信号，在LCD上显示数字值，通过语音广播重量。
下面的图2.1是系统硬件结构。
2.2系统研究要求
设计原则:
在做单片机系统的设计时，我们要注意其几个方面，如下
（1）可靠性
可靠性不管在任何的行业都有非常重要的作用。
这是其设计的一个大前提，接线位置是否合理，电源要考虑到是其抗干扰措施是否到位，而在其硬软件方面的话，尤其要注意的是一定要有自动检测的功能
（2）操作维护方便
不管是系统设计中的硬件还是软件的设计，首先要遵循的就是要使我们的工作人员在维护保养设备时的便捷性，如果发生问题的话，我们的操作人员时间是非常紧张的，那么就要减少他们的修改专业数据，要促进系统的近一步开发，了解到错误出在哪里，并做出改正
（3）性价比
我们所设计的单片机，是外观小巧的，非常适合携带，性能是突出的，但价位又是合适的，这样才能退近单片机的进一步发展，所以，我们再是的过程中，一定要注重他的性价比的重要性，用软件来代替硬件，进一步提升系统的功能，但同时减少了成本，这样就可一举两得
2.3单片机方案
方案1：
采用AT89C51芯片
系统以AT89C51作为自己的一个中心设备，它是4KB闪存、120内部RAM、18位计时器/计数器3个、I/O接口线30个6向量3级终端结构、全双线性通信端口、具有影像发生器和钟表电路，功能强大的单芯片微机AT89C51可以收到青睐是有必然原因的，在许多控制领域灵活应用。
方案2：
采用AT89C52芯片
与我们之前所说的方案一来说，系统以单片机AT89C52为控制中心，该芯片具有8KB的程序内存和256M的内存，根据一般的程序设计和在线程序设计方式，可以在其中使用，其中的方便性与适用性无疑是更优的
它可以结合一般的微处理器和闪存，特别是可以重新制作的闪存。
可以避免外部内存扩展的复杂性，在一定程度上解决内存不够的情况。
经过多方面的考虑后，我们决定了采取方案1。
2.4称重传感器方案
根据转换方法，将重量测量传感器光电、油压、电子力、电容器、震动、分为陀螺和电阻变形8种类型，我选择了最广泛使用的电阻变形传感器，电阻变形式重量测量传感器基于抵抗变形系统变形时电阻变化的原理，ρ、l、S将带来电阻变化，这种变形传感器是基于材料的电阻变形效果设计的，电阻变形系统可以单独作为传感器使用，还可以结合敏感部件和弹性部件形成机械传感器。
只需要简单的电子秤，最大重量约200公斤，重量误差不超过正负一克对于安装的各种电路设计的难度和成本效率，选择压力传感器和HX711，构成系统的重量测量模块。
模块电阻变形式重量测量传感器的重量测量为200公斤。
2.5显示模块方案
方案1：
LED网格显示
LED光栅类型是封装在8*8.LED模块中的模块，通常用于两组不同的产品。
LED光栅还意味着封装在8*8模块中的模块用于形成一个单元。
LED的这个显示板，可以显示图片，各种语言，各种视频，包括垂直折叠和页面翻译。
机器控制并驱动12个（最多24个）8x8点、总共16x48点（或32x48点）、最多7219点（或PS7219、HD7279、ZLG7289879和其他LED显示模块12次（或24次）！
结果良好，政府支出低，成本较低，最高可达7219倍。
方案2：
LCD1602显示器应用
LCD1602可以安装上在工业上用的非常普遍的30个字符的液晶。
液晶的显示器的工作是充分的利用了其本身的一个特征，所以才可以工作。
液LCD1602是一个带有字母、数字和符号的1602字符LCD模块，由多个网格字符组成，如5x7或5x11。
每个块的空间都很小，所有行之间都有空间，所以在网格和字符之间的行中有一个字符。
经过多方面的综合考量，我们还是决心要采取方案2。
2.6语音播报方案
方案1：
使用ISD4004语音模块
ISD4004是美国ISD直接使用模拟技术的语音芯片，该芯片以EPROM内存方式将模拟语音数据直接记录到半导体存储器中，音质自然，可录音播放，防止干扰，成本低等优点，但它只有录制和播放，不能播放其他音源。
方案2：
使用WT588D语音模块
在语音系统的第二次开发中，单一芯片语音方案仍然是主流的设计战略，占用空间小，周边设备少，配电盘故障率低等优点，目前单音芯片大部分都具有OTP芯片一次性记录内容的能力，具有语音给需要频繁改变内容的用户应用带来了障碍。
其中南方有一家公司推出了wt588d08/16单音芯片，是有可以自动删除的功能，内置8m/16m闪存旋转速度，语音存储时间长，可反复删除和记录5万次以上，第二次开发和更适合终端使用。
最终我们选择了方案二的WT588D系列芯片作为语音模块。
3系统硬件设计及介绍
3.1处理器电路设计
3.1.1单片机介绍
主控模块在整个系统中起着至关重要的作用，它必须能感受到键盘和移动LCD等不同的参数，本文采用stc89c52作为主操作芯片。
AT89C51是一种8位CMOS微计数器，由8K字节可擦除存储器和256字节随机存取存储器（RAM）组成，并建立了8位处理器和存储器单元，在电子工业中得到了广泛的应用。
1.这是智能的8位CPU和系统可编程闪光灯
2.芯片内有时钟振荡器（传统的最大工作频率为12MHz）
3.内部程序存储器（ROM）为4KB
4.内部数据存储器（RAM）256字节
5.32可编程I/O端口
6.中断8个向量源
7.一个16位计时器/计数器
8.三级密码程序存储器
9.全双工UART串行信道
10.低功耗和功率下降模式；
11.关机后唤醒
12.监视狗计时器；
13.双数据指针
14功率下降标识符。
端口2（P2.0-P2.7）：
端口2是带有内部电路的双向I/O端口。
每个指针可推动负载4-LSTL。
必须标记门。
如果使用A8-A15高瞬态总线旁路，则P2不能用作I/O端口，但在STC89C51中扩展外部程序存储器或数据存储器时用作通用I/O端口除外。
端口1（P1.0~P1.7）：
端口1还具有内部抬升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器为4个LSTTL负载。
同样，当端口1的输出设为高电平时，从该端口输入数据。
如果使用8052或8032，则P1.0可以用作计时器2外部的脉冲输入销，而P1.1可以具有T2EX功能。
端口3（P3.0为P3.7）：
闸门3还具有用于内部起重机杆的双向I/O端口，其中带有四个TTL负载的缓冲装置。
同时，许多工具也具有特定的功能，如串行通信、外部中断控制等，如调度、数据存储内容的外部读取和写入控制等。
单片机引脚图如下图3.1所示。
图3.1单片机引脚图
3.1.2单片机最小系统介绍
单片机的组成是十分复杂的，包括处理器方面，内存方面，接口方面，等等，是一个非常精密的仪器，对工作人员来说是非常重要的，在其的帮助下可以更好的工作
由单片机及其相应的外围设备和应用程序组成的应用系统称为最小系统，对于51系列单片机来说，最小系统通常由单片机、电源、电源等组成，包括12mhz晶体振荡器1个，30pf陶瓷hip电容器2个。
由合适的外围设备和由单片机组成的应用程序组成的应用系统，是指微型系统“来自单片机的微型系统”和微型应用系统，此次的设计单片机的最小系统中，包括着其电源方面，晶振电路、电路设计。
晶体振荡器，包括单片机89C51、单片机2、电源3、12Mhz晶体振荡器1、30pf陶瓷片电容。
3.1.3晶振时钟电路
我们根据一般的情况来判定，晶体振荡器和两个补偿电容器使用xtall1和xtall2连接，为课堂创造准确的时间和时间，形成一个自我热情的振荡器。
X1、C1、C2的图3显示，频率分别为6mhz、12Mhz和24MHz的晶体可适当选择，补偿容量一般在30pf左右。
图3.2时钟电路图
3.1.4复位电路
对于小型计算机系统，通常有两种归零方法：
自动归零和手动按钮复位。
启动设置需要在启动后自动重置。
手动调零是指在操作单片机的同时，用在线按钮对单片机进行复位。
其结构如下：
自动复位供电由负载接收器C3提供，手动钥匙组通过C3.R1和VDC电阻器连接。
MCU复位电路是重新启动计算机的一部分。
当计算机被禁用时，按复位按钮重新启动程序。
单片机还显示，当单片机系统工作时，当它影响环境时，程序会自动启动。
内部程序将自动启动。
下面第3.3章是单片机调零电路图。
图3.3复位电路图
3.2显示电路设计
在该系统中，LCD1602被用作LCD。
LCD1602LCD是广泛使用的文字LCD模块。
显示相关提示信息和数据输出。
液晶模块使用并行端口通信。
电路图设计如图3.4下：
图3.4LCD1602电路
3.3压力传感器电路设计
电阻失真传感器是使用电阻失真效应将各种机械量转换成电信号的结构传感器。
电阻应变仪传感器的核心成分的操作原理是基于材料的电阻失真效应。
电阻失真量规只能用作传感器，并且可以作为与弹性元件组合的高灵敏度元件来形成机械量传感器。
我们称将由物理变形所引起的变化，我们称之为电阻的变形。
由于电阻是由A引起的，机械变化的信号被转换，因此有必要修改和使用转换因子来改变电压和电流，并使用R/R来改变畸变计数器，在许多情况下，测量装置使用转换电路。
直流桥的特性是不受各元件和布线的分布电感和电容的影响，并且具有强干扰性能。
然而，由于机械失真的输出信号较小，因此需要放大放大放大率高且放大度高的放大器。
失真计传感器具有以下特性。
a）失真计可以用于各种机械传感器。
b）高分辨率，高灵敏度，高精度。
c）适用于温度大、磁场强的外部氛围，频率高
3.4A/D转换电路设计
整个设计的关键是D/D转换单元。
如果处理不当，所有的计划都毫无意义。
目前ADC有很多种，目前有几种ADC芯片：
定时ADC和固定ADC
在进行转换器的对比的情况下时，经过各种型号进行的分析中可以看出来，转换器的的速度是非常高的，它是由各种的代码组合而成的
Hx711是一个24位转换器芯片，它结合了稳定电源所需的外围电路和芯片时钟振荡器。
图5显示了引脚图和hx711的描述。
图3.5HX711管脚图及说明
3.5语音播报电路设计
在这种设计中，语音模块的要求是使用电子语音芯片wt588d报告数字管显示器的值和单位。
WT588D是由广州Weichung电子有限公司开发的语音电子规模的新语音芯片。
它具有强大的编辑能力、稳定的工作性能、广泛的电压范围、出色的音质和高成本性能。
这主要用于声音电子比例尺、重量比例尺和其他声音计量设备。
针脚图在图3.6中示出。
图3.6WT588D管脚图
3.5.1引脚功能
表3.1WT588D引脚功能表
脚号
名称
功能
1
VDD
电源输入脚，可接DC2.8~5.5V
2
P17
BUSY信号输出脚
3
CVDD
VDD电源调准脚
4
OSCI
RC震荡输入脚
5
/RESET
复位脚，低电平保持>=5ms有效
6
PWM+/DAC
PWM+/DAC音频输出脚，视功能设置而定
7
VDD_SPK
音频电源输入脚
8
PWM-
PWM-音频输出脚
9
VSS_SPK
音频电源地线脚
10
VCC
电源输入脚，可接DC2.8~3.6V
11
GND
地线
12
NC
空
13
F_CS
下载音频数据用，接P15
14
F_DO
下载音频数据用，接P13
15
/WP
FLASH-ROM写保护脚
16
GND
地线
17
F_CLK
下载音频数据用，接P16
18
F_DI
下载音频数据用，接P14
19
P13
下载音频数据用，接F_DO
20
P14
下载音频数据用，接F_DI
21
P15
下载音频数据用，接F_CS
22
P16
下载音频数据用，接F_CLK
23
VDD-SIM
芯片内部串口电源管理输入脚，接VCC
24
P00
按键1
25
P01
按键2/三线串口DATA
26
P02
按键3/三线串口CS
27
P03
按键4/三线串口CLK一线串口DATA
28
P04
按键5
3.5.2电路图
WT588DV芯片的工作电压在2.8V和3.6V之间，静态电流Isb≤10μA.工作电流IOP为2mA，工作温度为-0℃和+70℃，音频输出模式为PWM（DA）。
电路图如3.7所示
图3.7语音模块电路图
4系统软件设计及介绍
4.1编译软件介绍
系统软件设计是系统管理的关键部分。
在硬件初步设计的基础上，完成了系统的核心部分，确定了软件系统的结构，并对各部分的内容和程序规则进行了分配。
程序将各个模块连接起来，形成一个完整的程序，然后，为了执行相应的功能，与各个硬件部件进行配合。
基尔C51是由基尔软件公司生产的51系列兼容MCUC语言软件开发系统。
关键C51软件提供丰富的库数据和强大的集成开发和调试工具μVision2是所有的Windows接口。
我们可以看翻译过后的一个代码，就可以明白，效率在此基础上被大幅度提升了，代码的组合这样看上去的话又比较紧凑了，这样再进行理解的时候，会更加的方便，故我们在进行开发的过程中，优越性就可以体现出来了。
Keil的当前版本是V7。
KeilC51系统要求的安装相对一般。
安装过程也非常方便，根据软件安装过程完成安装程序。
关键C51软件由Vision2编译。
μVision2是标准的Windows应用程序。
这是C51的综合软件开发平台。
这具有源代码编辑、项目管理、程序生成器等功能。
那个人-电脑界面友好，操作简单。
那是为了开发者最好的工具软件。
4.2主程序设计
这个系统的兼容性方面是非常优秀的，可以简单地用于理解MCU软件开发的先进C语言。
当然，在编写程序之前，必须充分理解系统电路和每个接口，以及系统芯片或模块的定时。
因为你必须在编程过程中遵守那个，所以可以执行你的预设功能。
在明确硬件特性后，首先制作流程图，整理各模块的处理顺序。
另外，为了替换硬件的一部分，也可以使用软件。
例如，在该设计中，软件用于去除键盘抖动。
而且，它使硬件电路更简洁，以减少系统的整体成本。
主程序的主要功能是完成单芯片微计算机的初始化、中断开关、读取HX711、获取24位ADC数据、将数据转换成通过算法所需的重量、按下按钮通过LCD1602显示量。
语音广播节目是为了广播重量而引起的。
具体如下图
图4.1系统主程序流程图
4.3称重子程序设计
压力传感器的范围为100g～200kg，其压力与输出电阻成反比。
当知道压力传感器的负载重量是放大电路（A/D数据输入）的输出电压的线性时，获得该关系。
HX711将收集的模拟信号转换成数字信号，并发送到单芯片微计算机。
单芯片微计算机可以根据在A/D模块中收集的电压，通过转换来计算压力传感器的负载重量，并且可以实现设计。
图4.2为称重程序流程图：
图4.2称重子程序流程图
4.4LCD驱动程序设计
首先，对液晶显示模块进行初始化，另外，由于液晶显示模块是一个慢速显示设备，在使用前必须先读取忙标签，它只适用于低级操作，忙标签也可以被具有相同效果的延迟操作所取代[9]。
这些操作可以放在LCDUINT（VOID）上，这取决于程序功能和得到了硬件特性、程序流程图，如图4.3所示。
图4.3程序流图
4.5语音提示子程序
系统使用WT588D芯片作为语音输出芯片，该芯片采用PWM输出进行语音词条的选择，使用定时器生成PWM信号。
下图4.4为定时器配置以及定时器中断程序图。
图4.4定时器配置程序图
5系统调试
5.1系统硬件测试
系统应该建测试流程如下，下图5.1为系统硬件实物图。
（1）使用万用表查看是否有电源和地短路等接错情况。
（2）首先给板子通电，查看电压等是否正常。
（3）首次烧录测试程序，查看单片机最小系统以及烧录接口是否正常。
（4）插上显示模块,以及各传感器模块等完成硬件系统测试。
图5.1系统实物图
5.2系统软件测试
我们在对其硬件的测试过后，紧接着对其软件方面进行评估，对其的一个设计过程在图5.2中已经标明，具体的操作过程做出了以下设计
（1）首先测试液晶画面程序，写入固定数据，在LCD画面上显示。
（2）第二，测试加权程序，施加不同的权重，在LCD上显示权重。
（3）写入测试声音程序、用于播放声音的固定程序，检查声音驱动是否正确。
（4）测试声音程序和加权程序，将对象放置在等待平台上，检查声音广播是否正常。
（5）将所有代码合并调试，多次测试系统是否有错误。
图5.2系统测试完成效果图
5.3遇到的问题及解决措施
这个系统的设计过程中有很多问题。
比如说，时间对于我来说是非常的宝贵的，这次期间，可以说是时间紧任务重，我点在我看来是非常非常的有挑战性的在材料费用限制的同时，将学校所学的理论知识应用于焊接、布线等实践中，会遇到很多实际问题。
另外，我的系统不完美，需要更详细的优化。
结论
这个系统在模块中采用了分级设计。
单芯片微计算机监控信息的收集处理可以快速、综合、准确地掌握系统的各种特性量，完成智能语音尺度系统的设计。
该系统可以测量重量，并显示液晶的重量，并控制控制控制控件，以满足人们广播、查询和提示系统的要求。
由于时间限制，系统不完美，需要进一步改进。
例如，在需要进一步优化需要进一步简化系统硬件电路设计的系统确定程序的当前，系统的测量精度不准确。
如果可以使用更准确的传感器和A/D采样芯片，则可以有效地提高精度。
更加的便捷了人们的生活。
通过这个毕业项目的研究和实践，
升级会员 