电子秤的设计与制作.docx
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电子秤的设计与制作
摘要
现代电子科学技术水平的飞速提高和微电子技术在生活中的普遍运用，促使拥有电子器件的称重仪器也取得了提高。
在电子称重的控制系统里加入加倍自动化，操作方便且功能壮大的模块，以此来解决传统测重仪器中存在的问题。
本文介绍通过利用单片机来作为主要控制核心，外围添加灵敏的压力传感器，和精度较高的模数转换部份，结合液晶显示单元和矩阵键盘。
通过外围的功能电路如：
液晶显示电路，超量警报电路和矩阵键盘电路，连接到单片机主控芯片上，形成具有必然精度能显示重量、单价、总价、超量自动报警等多功能高智能的称重系统。
设计并制造出多功能高智能且价钱适合的电子秤，精度达到，测量最大量程5kg，能够知足人们的应用需求。
关键词：
单片机；电子秤；矩阵键盘
Abstract
Electronicweighinginstrumentsareimpelledtoimprovetheaccuracyofbetter,becauseofthelevelofmodernelectronicscienceandtechnologyimprovedrapidlyandmicroelectronictechnologywidelyusedinweighinginstruments’controlsystemaddsautomation,convenientoperation,andpowerfulmoduletosolvethetraditionalweightinginstruments’paperintroducestheSingleChipMicyoco’sasthemaincontrolsystem,addingsensitivepressuresensorandhigh-precisionanalog-digitalconverteratexternalfrontiers,combiningtheliquidcrystaldisplayunitandmatrixfunctionoftheexternalcircuitsuchasliquidcrystaldisplaycircuit,excessivealarmcircuitandmatrixkeyboardcircuitwhichconnecttotheSingleChipMicyoco’sprimarychipformthemulti-functionandhighintelligenceweightingsystemthatcanshowweight,unitprice,totalpricewithinacertainrangeofandmakingthehighintelligenceandtherightpriceelectronicweighinginstrumentscanachievetheaccuracyofthemeasurement,themaximumrangeof5kgtofullpeople’sapplicationrequirements.
Keywords:
MCU;electronicscales;matrixkeyboard
1引言
选题的目的和意义
现代电子科学技术水平的飞速提高，单片机系统已经慢慢的渗透到咱们生活的各个领域，日常生活中已经处处可见它的身影并起到了超级重要的作用。
单片机让咱们进入了智能化电子世界，许多产品已经开始利用单片机进行设计，单片机设计硬件电路设计简单、硬件接口设计方便，单片机具有很多优良的接口，通过单片机设计能够达到专门好的效果。
单片机拥有占用的空间不大，能够实现的功能多且运用方面广等特点，传统的电子线路组成的经典系统此刻正在以难以想像的速度被取而代之，传统的模拟电路和数字电路正在慢慢退出大舞台。
伴随微电子科学技术的飞速进展，市面上的一般的电子秤测量系统难以提供日常生活中人们需要的用途。
要解决改良原来称重系统存在的问题，为了解决生活中各行各业对称重系统功能的不同需求，实现功能多样化，选择多样性。
因此设计具有必然精度、多功能的电子秤知足不同行业的需如果势在必行的。
本次设计主要采用单片机来进行功能实现，压力传感器测量物体，通过A/D转换芯片转换，系统上具有液晶显示模块。
高精度多功能电子秤的实现必将会大大知足各行各业对称重的需求。
设计任务
本系统以单片机作为主控芯片，完成电子秤总量测试和总价钱函数计算价钱的大体功能。
本设计一共划分为以下四个系统：
单片机最小系统、数据收集系统、操作控制系统、供电系统。
单片机的最小系统部份主要有STC89C52和经典复位电路和晶振电路。
由称重传感器和A/D转换部份来完成数据信号的收集和转换[1]。
这里的传感器主要选用高内阻的电阻应变式传感器和A/D转换芯片HX711[2]。
对键盘的利用和液晶显示方面的人机控制显示系统这里采用4×4的一个矩阵键盘和液晶显示器。
最终实现0~5Kg的物体重量测试，能够键入单价（最多可输入9999），实现超量报警。
并能够实现回删、去皮、归零、显示单价（单位：
元）和总价（单位：
Kg）等功能。
误差范围在之内。
2硬件电路设计
硬件设计概述
本设计是基于单片机设计的电子称重系统。
该系统是通过压力传感器和模数转换部份、单片机模块、显示模块、键盘控制输入等组成，具体硬件框图如下图所示：
图1系统硬件框图
电源电路设计
系统的电源供电部份选择采用USB端口的+5V电压。
采用USB供电比电池供电加倍优秀，电池供电可能会造成工作电压不足，工作不稳固。
如下图所示：
图2电源电路原理图
单片机系统
单片机选用的是STC89C52，它是包括有ROM/EPROM的一款八位单片机，它硬件结构具有功能部件种类齐全，性能高等长处[3]。
此种芯片组成的最小系统，即靠得住、又简单、还很实用。
在单片机STC89C52上接上复位电路和时钟电路就可以够组成最小应用系统。
下面是单片机的引脚图和功能特性表：
图3单片机引脚图
表1STC89C52功能特性
主要功能特性
兼容MCS51指令系统
256×8bit内部RAM
32个双向I/O口
8K可反复擦写FlashROM
低功耗和空闲掉电模式
时钟频率0-24MHz
3级加密位
3个16位可编程定时/计数器中断
2个外部中断源
共6个中断源
2个读写中断口线
2个串行中断
可编程UART串行通道
软件设置睡眠和唤醒功能
单片机最小系统设计
单片机复位硬件电路设计
本设计采用的是上电复位，系统一旦接入电源，RSET就置高电平，当RST被按下后，处置器将会被复位，硬件原理图如下图所示：
图4单片机复位电路设计
单片机晶振电路设计
晶振是单片机顺利稳固运作的一个重要部份，作为心脏使得单片机稳固的运行。
单片机的运行速度与系统的晶振的频率有着密不可分的关系，晶振频率越高就会使得系统运作的速度越快[4]。
单片机的晶振电路主要由两个电容并联加上石英晶体或陶瓷振荡器组成，连接单片机输入输出端组成并联谐振电路。
电路如下图所示：
图5单片机晶振电路
传感器选择
压电传感器（自发电式传感器）是有源传感器的代表。
主要工作原理是当它在受力后会在表面产生电荷的这种压电效应。
压电传感器小巧轻便、结构简单、稳固靠得住，主要仍是用在动态力学方面，例如加速度和压力的测量。
若是测量静态量和小频率的量，仍是比较欠缺的。
因为它的内阻比较高且电缆散布等会对其输出造成影响，对外接电路的要求也教高。
应变式电阻传感器是以应变片为传感器元件的。
主要工作原理就是在发生形变时，其电阻也会跟真发生改变。
该传感器结构简单、灵敏度高，适用于小压力测量。
能够达到本设计所需的要求，完成重量感应。
它具有下面列出的几个特点：
（1）有较高的精度，大范围的测量；
（2）又轻又小而且结构简单，在实际应历时对工作状态和应力散布不会有大的影响；
（3）能够使历时刻长且性能既稳固又靠得住；
（4）频率响应特性好响应时刻可能在100ns左右；
（5）能够处于各类恶劣的环境条件下工作，无论是温高或强震，乃至化学侵蚀和核辐射也不会影响正常工作；
（6）应变片的类别多，本钱廉价。
通过比较本设计选择电阻应变式传感器。
以此知足称重量程范围为0～5Kg,且测量误差低于。
由于传感器上方需要放置秤台，考虑超重损坏传感器等因素，所以选用的传感器在维持正常工作情形下，必需经受大于5Kg重量。
以此达到保护器件的目的。
键盘处置方案
为了实现电子秤的单价输入（0-9数字按键，一个小数点），共需设置15个按键（包括清零的按钮，单价按钮，删除键，一个确认按钮）。
该设计的价钱录入选用矩阵式键盘，它的特征是将检测线一共分为两个组，其中一组是列线，一组是行线，将按键安放在行和列的彼此交叉的地方。
下面的图展示出了一个4×4矩阵键盘结构的接口电路，在那个图里每一个按钮都通过不一样的列线与行线与系统连接着。
它一共能够安放16个按键，可是这一共只需要8条测试线[5]。
当键盘需要按键的个数大于8时，大体情形下都选用矩阵式键盘。
综合该设计的实际要求，选用4×4的矩阵式键盘。
图6单片机按键识别电路
液晶显示电路
显示模块能够选择LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示和LED（LightEmittingDiode）数码管显示。
单个LED数码管很难知足多显示的需求，所以想要取得更多显示信息时，就必需同时用多个数码管连接在一路。
可是如此就会使整体的硬件连接变复杂，制作本钱也会增加。
而且数码管对字符显示有缺点，较多字符并非能专门好的显示，若是动态扫描处置得不好
也会出现闪烁现象。
点阵字符型LCD液晶显示模块的显示内容丰硕，同时模块体积小、功耗低，方便利用[6]。
因为这些长处使得字符型LCD慢慢成为日常生活中显示模块的首选，可是LCD比LED的价钱稍贵。
通过LCD液晶显示和LED数码管进行性能比较事后，综合多方面因素，在这里选择利用LCD，选择型号为字符型液晶模块LCD1602。
其实物如下图所示：
图7LCD液晶显示模块
称重HX711模数转换芯片
为了达到本设计要求，实现较高精度的测量。
本系统选用量化精度高的HX711来实现模数之间的转换。
HX711是一块高精度电子秤专用的24位A/D转换器芯片[7]。
它采用了海芯科技的集成电路的专利技术。
和其他与之类似的芯片对比起来，它的编程和接口简单，输入选择开关能够随意选用A通道或B通道。
其中A通道的可编程增益有128增益或64增益，其所相对应的满额度差分输入信号幅值为±20mV或±40mV。
那个芯片把需要外围电路的稳压电源和片内时钟振荡器等集成了起来[8]。
拥有响应速度快、抗干扰能力强、集成度高等长处[9]。
能够通过上电自动复位功能简化开机初始化的进程。
如此在降低电子秤的生产本钱的同时，不仅加速了反映时刻还提高了精度准确性。
图8HX711接口图
超量报警部份选择
智能电子仪器此刻普遍具有报警功能，报警系统一般在运行错误，当数值大于操作者制定的限值或大于仪器最大经受范围的时候提示用户。
在该系统设计中，设置报警的目的是为了在被测物体超过测量量程和总价不能正常显示的时候，通过蜂鸣报警来提示利用者，以避免仪器被损坏。
通过单片机的I/O口来完成控制过量报警设计[10]。
当被测对象是大于系统设计最大范围的总重量时，会自动挪用编好的程序让I/O接口的值置为低电平，则三极管被导通，让报警发出嘀嘀嘀的声音。
当I/O接口的值置为高电平时，则三极管截止，警报声随即停止。
图9报警系统
3软件电路设计
编译软件简介
本设计利用的单片机编程工具是KeilC51。
该软件是编译51单片机的最佳编译环境。
一个好的编译工具，是开发单片机人员必备的利器，其中KEIL还有MDK版本，主要用来开发嵌入式系统。
KeilC51能够完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
第一是用C语言或是用汇编语言都是能够实现的，而后使得编译的程序通过处置生成单片性能够处置的二进制文件（.HEX），最后把HEX文件通过单片机的烧写软件烧入单片机内[11]。
软件简单利用：
（1）点击桌面图标运行keil软件并成立一个新设计。
（2）而后保留工程文件的名字为“111”。
（3）现在会出现一个对话框,需要选择所需单片机的型号。
（4）单击“文件”菜单，单击“新文件”选项，并保将它存为“”。
（5）回到编辑界面后，点击“添加文件组的源组1”， 将“”文件添加上。
（6）编写程序。
Keil c51可将关键字用不同的颜色来标记以此来提示利用者。
（7）最后调试和编译，生成HEX码。
PROTUES仿真软件的简单利用
ProteusISIS是一款实用性超级强的仿真电路分析软件，能与keil软件兼容并用，完成调试。
（一）启动ProteusISIS仿真软件
（二）文件管理
（1）成立文件。
在“文件”菜单中找到新的设计，出现设计图纸的选择框，选择纸张。
（2）保留文件。
单击“文件”菜单，选择“保留设计为下拉菜单，弹出对话框保留路径，填入文件名和路径，单击“保留”按钮，保留文件。
（3）打开文件。
点击“文件”菜单选择“加载设计”，出现路径寻觅的弹框，找到该文件，然后将其打开。
（三）成立仿真模型
（1）成立元件库。
选择设计工作环境界面工具箱上component（元件选取）图标，点击p按钮，在打开对话框keyword中输入要查找的元件，点击OK将元件添加到元件库。
（2）选取元件。
在元件库中，选择待放置的元件，点击原理图窗口将元件放置。
（3）元件编辑。
右键单击选定的元件，单击并按住左键移动元件并依照对话框选择相应的操作；点击左侧的按钮将弹出设置对话框，在对话框中设置参数和编号等。
（4）仿真。
点击
工具图标运行、暂停、停止仿真，能够观察效果。
液晶驱动程序设计
LCD1602液晶模块里面有标准字库，内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了192个5×7点阵字符，可显示2行×16列共32个点阵字符[13]。
其中包括的字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常常利用的符号、和日文化名等。
每一个字符的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的[14]。
其显示电路如图所示：
图10液晶显示电路
LCD1602选用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，液晶读写时序表和各个引脚接口说明如下表所示：
表2液晶读写时序
输入
输出
读状态
RS=L，R/W=H，E=H
D0—D7=状态字
写指令
RS=L，R/W=L，D0—D7=指令码，E=高脉冲
无
读数据
RS=H，R/W=H，E=H
D0—D7=数据
写数据
RS=L，R/W=L，D0—D7=数据，E=高脉冲
无
表3液晶引脚说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据/命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
系统主程序流程图
将电子秤系统连接到电源系统，第一进行系统内部变量概念初始化和赋初值[15]。
然后LCD显示模块会清屏，接下来挪用A/D转换的子函数。
将A/D收集模块收集的信息送入单片机控制系统，若是收集的信息被认定超量，则挪用蜂鸣报警函数，若是没超量则挪用液晶显示函数对物体重量信息进行显示。
最后若是矩阵键盘按键电路有输入，则计算显示总价，没有键入则返回显示重量信息。
系统主函数流程图如下图所示：
Y
N
N
图11系统主程序流程图
A/D转换启动及数据读取程序设计
系统完成物体信息测量后最重要的一步就是将信息进行模数转换，如此才能进一步将信息通过LCD显示出来。
当对象的模数转换完成后，挪用A/D收集函数，将A/D收集模块输出的二十四位二进制串行数据转化为十进制输出，然后完成调零和校准，最后分离出四位十进制数据的千位、百位、十位和个位。
若是未完成模数转换，则需返回继续进行转换。
N
图12A/D转换子程序设计流程图
显示子程序设计
LCD初始化后通过挪用显示子程序函数，将写入的数据传送到液晶显示屏对应位置上进行显示。
图13显示子程序流程图
称重HX711驱动程序设计
#ifndef__HX711_H__
#define__HX711_H__
voiddelay_hx711_us（unsignedintt）;
voiddelay_hx711_us（unsignedintt）
{
while（t--）;
}
unsignedlongHX711_Read（void）
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