基于单片机的简易电子秤的设计与实现

智能电子秤为人们的经济生活带来极大的便利，并受到用户的青睐。沐文以MSP430单片机为核心，通过一系列软，硬件设计，实现了小重量物体的称重功能，并通过LCD显示模块和基于ISD1760的语音模块，实现了数字称重显示和准确的语音广播功能。该系统以编程的单片机为控制核心。通过HX711传感器称重模块将物体的重量转换成电信号，并通过AD转换将信号传输到LCD液晶显示模块和ISD1760语音广播模块，从而对实际重量进行称重。通过LCD和语音广播实时显示。根据设计要求，智能电子秤应分为三个模块：数据采集模块，控制器模块和人机交互液晶显示界面。在功能扩展中，可以添加语音广播功能，使电子秤的设计更加人性化和智能化。基于此，木材系统的实施包括两个主要部分，硬件和软件设计。具体地，将MSP430单片机用作核心控制器，将电阻应变传感器连接到HX711模块，以实现信号转换，采集和放大，从而将物体重量转换为单片机。可处理的电压信号。将处理后的电压信号发送到LCD显示模块和基于ISD1760的语音广播模块。在此之前，需要根据地址将合成后的语音段保存到ISD1760芯片，记录每个语音段的地址，然后通过程序进行调用。 ，根据实际称重值实现语音播报。 1.系统硬件设计方案1.1系统硬件的工作原理系统硬件主要包括单片机系统，基于HX711的传感器称重模块，LCD显示模块和基于ISD1760的语音广播模块。其中，单片机系统板是M430G2553开发板，传感器。称重模块采用两孔悬臂平行梁应变式称重传感器。显示模块使用IN-EX-GLCD5110，语音模块使用ISD1760芯片以及外围扩展。系统硬件控制电路的整体框图如图1所示。系统的工作原理是：首先通过USB电缆给整个系统供电，然后将编写的程序写入M430微控制器，并加载M430的引脚信号。微控制器到称重模块。 ，LCD显示模块和语音广播模块，使整个系统正常工作。将物体放在称重平台上时，可以显示和报告重量。 1.2系统硬件设计1.2.1单片机的最小系统模块MSP430系列单片机是16位单片机，它使用精简指令集（RISC）结构并具有丰富的寻址模式（7个源代码）操作数寻址，4个目标操作），数字寻址），大量的寄存器，片上数据存储器以及高效的查找表处理指令使其具有较高的处理速度，在8MHz晶振下的指令周期为125nS，这些特性确保可以编译高效的源程序。 1.2.2基于HX711的传感器称重模块1）基本设备介绍HX711传感器模块由增益为128倍的24位AD模块和20Kg压力传感器组成。它通过相应的端口连接到微控制器的控制端子，以实现物体重量的测量。每个模块与HX711之间的连接示意图如图2所示：图2每个模块与HX711之间的连接示意图2）基本原理说明①20kg传感器满量程输出电压=激励电压*灵敏度2.0mv / v②HX711模块对生成的5mV电压进行采样。步骤1：如何计算传感器电源电压HX711可以生成VAVDD和AGND电压，即HX711模块上的E +和E-电压。该电压由VAVDD = VBG（R1 + R2）/ R2计算得出。步骤2：如何计算最大AD输出。最大输出电压在4.3V电源电压下，20Kg传感器的像素值为4.3v * 2mv / V = 8.6mV。经过128倍放大后，最大电压为8.6mV * 128 = 1100.8mV。转换后输出的最大24位数字值是：550.4mV * 224 / 4.3V疋4294967步骤3：如何在程序中转换数据在程序中，通过HX711_Buffer = HX711_Read（），获取当前采样的AD值，最大值为4294967，以long类型存储。在变量HX711_Bfer中，long变量占用的计算速率和存储空间太多，将资源除以100并按比例缩放为int以便于后续计算。 Weight_Shiwu = HX711_Buffer / 100，Weight_Shiwu的最大值为42949。步骤4：如何将AD值转换回重力值。假设重力为xKg，（xlt，20Kg），测得的AD值为y20Kg传感器输出，并且发送至AD模块的电压为AKg * 8.6mV / 20Kg = 0.43AmV，经过128倍的增益后，即为128 * 0.43 A = 55.04。转换为24位数字信号的AmV为55.04AmV * 224 / 4.3V = 214748.3648A，所以y = 214748.3648A / 100 = 2147.483648A，所以我们得到A = y / 2147.483648Kg-y / 2.15g。连接的称重模块如图3所示。 1.2.3基于ISD1760的语音广播模块ISD1700系列芯片包括：麦克风前置放大器，自动增益控制，扬声器驱动电路，振荡器和存储器等全面的集成系统。在木质设计中，为了实现语音广播功能，必须通过线路记录方法将所需的声音预先存储在芯片中。当此模块连接到系统时，可以直接通过程序调用语音。连接的语音广播模块的物理图片如下图4所示。 2.系统软件设计方案2.1软件功能设计目标称重是系统的核心，语音广播是重点。因此，在Windows系统TICCS平台下开发Muji软件采用了模块化设计，包括主程序，传感器处理子程序，LCD液晶显示子程序和ISD1760语音芯片驱动程序子程序。称重传感器数据处理子程序是使用称重传感器的模拟信号进行放大和AD转换以读取称量值。 LCD显示子程序主要用于可视化显示称量值。语音广播程序在获得称量值后读出称量值报告，并主要通过SPI总线操作语音芯片ISD1760。程序流程结构如上面的图5所示。 2.2系统软件设计2.2.1 AltiumDesigner软件使用AltiumDesigner绘制单片机最小系统，称重模块，LCD显示模块的电路原理图，PCB原理图：如图7和8所示。2.2.2用以下命令编写MCU控制程序CCS软件{Weight_Shiwu = 0，HX711_Buffer = HX711_Read（），HX711_Buffer = HX711_Buffer / 100，Weight_Shiwu = HX711_Buffer，//获取AD仪表的实际采样值Weight_Shiwu =（un-signedint）（（float）Weight_Shiwu / 2.15 + 0.5）， } //芯片IO初始化voidI0_initial（无效）{P2DIRamp，=〜BIT2，//设置为输入P2DIR | = BIT0 + BIT1，P1DIRI = BIT5，//设置为输出DISENISD1760_SS，ISD1760_SCLK_H，ISD1760_M0SI_L，} 3.系统测试和总结3.1系统测试解决方案msp430使用最小的TIMSP430LunchPad系统板，因此不需要进行测试。对于ISD1760语音模块测试，焊接了由STC89C51RC（用于调试和记录）和ISD1760芯片组成的语音板。通过使用主机软件进行调试，可以将ISD1760设备复位，开机，进行记录，获取记录地址并进行播放。 SPI通信被移植到MSP430。系统的整体硬件连接的物理图如上面的图6所示。 3.2项目总结经过对小于20kg的称重物品进行反复称重测试，系统的重复称重精度可以达到III级标准，液晶显示功能正常，语音广播及时准确，预期效果更好。实现。缺点是传感器的信号传输有时不稳定，称重误差大。如果使用高精度传感器，效果肯定会提高。该系统操作简单，性能稳定，硬件选择合理，价格低廉，易于扩展。软件部分增加了人性化的设计，例如超重警报，语音广播和其他特殊功能。它具有高度的智能和自动化。同时，该系统具有高度可扩展性。通过修改或扩展软件和硬件（例如添加键盘），可以设计出独特的价格标度，电子平台标度等，因此具有一定的工业应用价值。