基于单片机的多功能电子秤的设计

针对传统电子秤功能单一，精度低的问题，结合传感器，单片机和智能控制技术，设计了一种基于AT89C52单片机和HX711模/数转换芯片的多功能电子秤。设计电子秤的硬件和软件，制作原型，并使用标准砝码测试原型。 0.引言随着经济的飞速发展和人们生活水平的提高，越来越多的场合需要使用称重仪器。同时，对称称重仪表的要求也越来越高。仅完成重量称量和精度。较低的传统电子秤远不能满足使用要求。因此，具有使用方便，称量快，测量准确，功能多样，精度高，读数方便，价格便宜的电子秤已成为称重仪表的发展方向。基于单片机的控制技术在电子秤系统中的应用，不仅可以实现物品的准确称量，还可以进行单价设置和总价测量，累计，去皮，归零，自动待机和超重报警等功能方便用户使用，提高称量效率，达到智能称重的目的。 1.电子秤的总体设计电子秤的总体设计结构如图1所示。电子秤系统基于单片机，由称重数据采集，键盘输入，电源，LCD等几个模块组成显示以及声光指示。数据采集​​模块由称重传感器，信号放大电路和A / D转换电路组成。它主要完成对物品重量信息的收集，处理，最后将其转换为可以被单片机识别的数字信号。将该变量转换为微弱的电信号，然后由放大电路进行放大，以达到A / D转换电路可以检测到的范围。最后，将A / D转换发送给单片机，单片机对数据进行处理，得到重量的数字信号。为了方便用户，电子秤具有计算和存储功能。该项目的单价是通过键盘设置的。单片机根据物品的重量数据和物品的单价计算出物品的总价。键盘模块主要用于参数输入和功能选择，如单价设置，皮重，累计和复位等操作。声光指示用于指示用户的系统待机状态，物品超重等。电源模块为各种模块供电，例如传感器电路，A / D转换电路，液晶显示电路和单芯片微电脑。 2.系统硬件设计2.1传感器的选择和电路设计选择合适的传感器对电子秤的准确性，稳定性和成本具有重要意义。目前，电子秤传感器主要包括压电，电容和应变仪传感器。应变计传感器具有精度高，性能稳定，价格低廉的优点，被广泛使用。在此设计中，具有温度自补偿功能的电子秤的电阻应变仪被选作设计传感器。当检测物品的重量时，电阻应变计会通过称重装置的大变形而粘结到敏感部分（通常是金属）上，并且当金属敏感部分因力而变形时，电阻应变计会同时变形，电阻应变计具有电阻。应变效应会改变电阻应变计的电阻值，而电阻值的变化会反映重量的大小。然而，考虑到在电子秤的设计中，金属的敏感部分变形太大，振动更剧烈，稳定所需的时间更长，电子秤的称重时间也将更长。 。变量小，变形的电阻应变gauge也很小，电阻的变化也很小。电阻的变化不便于精确测量。因此，使用电路将应变电阻的测量转换为电压测量。传感器电路如图2所示。考虑到电子秤的设计，系统选择的称重传感器的灵敏度为2mV / V，最大量程为5kg。在该电路中，四个可变电阻器是具有相同参数的电阻应变仪，VCC是电源的正极，GND是电源的负极，U +和U_是电压输出端子。电阻的检测转换为电压的检测。而且电路是对称的。当没有外力时，四个电阻应变计的电阻值相等，并且输出电压U为零。当应变计由于力而变形时，两个应变计的抗拉值增加，而另外两个应变计增加。降低了抗压强度，电路处于不平衡状态，电路输出电压的信号状态相同（如R1和R3，R2和R4收缩），因此电路没有线性误差，电路检测精度高，灵敏度高，精度高。应变仪工作4次，具有抗温漂功能。另外，考虑到电子秤已经使用了很长一段时间，为了防止环境温度和湿度的变化对应变仪的影响，有必要用胶密封粘合的应变仪以使其与仪器隔离。并提高其测量稳定性。 2.2信号放大与A / D转换模块设计称重传感器电路将物品的重量信息转换为电压信号后，由于应变仪本身的应变较小，输出电压信号变化很小，不方便直接使用。需要先放大输出电压信号才能使用，并且电压信号仍然是模拟信号，无法由单片机识别。模拟信号需要转换为数字信号，然后才能由单片机使用。在此过程中，放大电路的精度，A / D转换的稳定性和精度将直接影响电子秤的称重精度，精度和响应时间等主要参数。另外，不能保证放大器电路和仅A / D的设计。因此，这里选择用于高精度电子秤的A / D转换芯片HX711。 HX711芯片是专门用于电子称重系统的A / D转换芯片。具有响应速度快，抗干扰性强，价格低廉的特点。它具有高达24位的转换精度，最大128倍的放大倍率和±40mV的输入电压。上电后自动复位和自调节电源等功能可以满足该系统的设计需求，使用起来也非常方便。 HX711芯片的模拟输入通道A可以直接连接到电阻应变仪传感器电路，以放大传感器电路的输出信号。接线电路如图3所示。HX711芯片使用5V DC电源。同时，5V电源作为芯片模拟电源连接到HX711的AVDO端子，并为传感器电路供电。传感器电路将模拟电压信号输出到HX711的A通道接口。接收称量信号模拟量。 B通道输入端接热敏电阻用于补偿温度变化对应变电阻的阻值的影响，并提高数据采集的可靠性。 PD-SCK和Dout端子分别连接到微控制器的1位I / O接口。微控制器控制PD-SCK端子的电平状态，通过发送不同的电平信号控制A / D转换，并通过Dout端子将称重数字信号发送到微控制器。单片机接收称重信号进行处理，将其转换为重量信息，并根据该数据设计电子秤的其他功能。 2.3键盘电路模块为了方便用户在使用电子秤时设置参数和选择功能，请设计键盘电路模块。此处使用标准的4X4膜矩阵键盘。数字键0到9用于设置单价参数。 *是小数点，A是“清除”功能按钮，B是“累计”功能按钮，C是“去皮”功能按钮，D是“单位”开关功能按钮。是“存储”的功能键。用户通过键盘按键操作相应的功能。 2.4液晶显示模块电子秤借助显示屏将称量结果告知用户。为了更直观，方便，清晰地显示称量信息，可以更加详细，清晰地选择具有高亮度和汉字显示功能的12864液晶显示器。显示屏上的分支显示诸如物品重量，单价和数量之类的信息，并且可以根据用户需要通过“单位”切换按钮在“ kg”，“ pound”，“ kg”和“ gram”之间进行切换。 12864液晶显示器与单片机的连接如图4所示。其中，微控制器P0端口连接至显示屏的8位数据线，而P2端口用作控件。信号输出端子连接显示控制信号RS，R / W，E，RST。 vcc2.5声光指示器模块旨在为用户提供便利和提醒。设计了声光指示器模块。当要称量的物品的重量超过电子秤的最大范围时，蜂鸣器会持续鸣响，并且红色发光二极管会闪烁，以提醒用户超重。当长时间无需称重物品时，系统将进入待机节能模式。这时，蜂鸣器会响2秒钟，以提醒用户进入待机模式。声光指示电路连接到单片机，如图5所示。3.系统软件设计软件是控制系统的灵魂，电子秤也是如此。只有在软硬件的协调配合下，系统才能正常工作，并实现电子秤的功能。电子秤系统的主程序流程如图6所示。系统上电后，初始化每个模块的参数，包括液晶显示模块，HX711模拟/数字转换模块和数据采集模块的初始化，并自动完成称重系统的自动校准和归零。将要称重的物品放在称重平台上时，称重传感器电路具有模拟输出，并发送到HX711芯片进行放大和A / D转换。转换完成后，称量信息的数字信号被发送到微控制器进行存储并等待用户操作键盘以输入相应的控制指令和参数。系统执行相应的控制功能子例程后，计算结果将发送到12864 LCD显示屏进行显示。当物体的重量超过电子枰的最大范围时，声光指示器电路工作，二极管闪烁2。蜂鸣器鸣响，提醒用户超重。在称量过程中，如果超过1分钟未检测到要称重的项目，系统将自动进入待机节电模式，显示屏关闭，并且在有重物时退出待机节电模式，进入工作状态。 4.实验结果与分析根据设计的硬件和软件制作的电子秤的物理秤如图7所示。对原型进行测试，并将标准重量与原型的测试结果进行比较。测试数据如表1所示。从实验数据可以看出，设计制造的电子秤可以完成物品的称重功能，最大误差仅为0.1g，满足精度要求。对称的仪器。 5，结论以AT89C52单片机为核心，结合称重传感器和A / D转换芯片HX711设计和制造的电子秤具有单价设定，累计，清算，数据处理的功能。存储，自动待机和超重警报。功能，称重范围5kg，测量误差0.1g。经测试，该电子秤具有使用方便，测量准确，体积小，响应速度快，称量效率高，工作稳定，功能多样，性价比高的特点，具有很高的应用价值。