简易电子秤电路设计.docx

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简易电子秤电路设计

摘要

随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等装置逐步被淘汰。

而电子秤是将传感器技术、信息处理、电子技术等技术综合一体的现代新型称重仪器。

电子秤计量准确、快速方便，并且能实现门动称重和数字显示。

本作品主要以STC89C52单片机为控制核心，针对电子秤的白动称重、单价设置、金额计算与累加和去皮功能进行设计。

电子秤由六个功能模块组成，传感器模块、信号调理模块、单片机控制模块、报警模块、显示模块和按键模块。

本设计由电阻应变片桥式传感器进行数据采集，所得差模信号经HX711型芯片的放大和转换，再由单片机的控制和处理，最后在显示屏上显示重星、单价和金额等。

该设计很好的完成了设计要求，效率高，误差较小。

关键词：

电子秤；STC89C52单片机；电阻应变片桥式传感器：

HX711

1方案论证与比较1

2.2传感器模块方案1

1∙2信号调理模块方案1

1.3单片机控制模块方案1

1.4显示模块方案2

2.5按键模块方案2

1.6报警模块方案2

2理论分析与计算3

2.2电阻应变片传感器3

2.2HX711信号处理模块4

23STC89C52单片机控制模块4

2.4LCD1602显示4

2.54x4矩阵键盘4

3系统硕件设计4

3.1电阻应变片电桥电路5

3.2HX711信号调理电路6

3.3单片机控制系统电路6

3.4显示屯路与单片机接口电路7

3.5按键电路与单片机接「I电路7

3.6蜂鸣器超重报警系统电路8

4系统软件设计8

5系统调试9

5.1测试方法与仪器9

5.1.1测试方法9

5.1.2测试仪器9

>2数抓测试与分析9

6总结10

参考文献10

1方案论证与比较

1.1传感器模块方案

采用电阻应变片桥式传感器。

它主要由弹性体和电阻应变片等组成，内部线路采用惠更斯电桥。

当弹性体承受载荷产生形变时，电阻应变片受到拉伸或床缩而产生变形后,它的阻值将发生变化（增大或减小），从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测最和转换。

在制作传感器时，一般采用细砂纸对构件进行交义打磨，如有条件可采用喷砂处理。

当贴片位置固定后，取适最胶液均匀涂刷在被粘处表面，将应变计表面准确粘贴在试件表面。

要判断粘贴层是否有气泡和杂质，敏感栅有无断栅和变形。

应变片粘贴前后的阻值变化，绝缘电阻等是否符合要求。

该方案测量精度高，较为稳定，可操作性强。

1.2信号调理模块方案

方案一：

采用24位AD转换芯片HX711oHX711内部不仅集成了信号放大模块，而且包含了一款高精度的24位A/D转换器。

同时，HX711内部还集成了完成放大和转换功能所需要的一些外圉电路，例如电源电路和时钟振荡电路等。

它与单片机的接口电路简单，不需要对芯片内部的寄存器进行编程。

方案二：

采用AD620仪用放大器和ADSlIOO型A/D转换器。

AD620通过外接电阻来设置放大倍数，增益范围可调，精度较高。

ADSlIOO是一款全差分输入、有自校准功能的16位模数转换器。

将这两个模块连接形成电路，可以完成设计指标。

综上：

方案二电路连接复杂，元器件使用较多：

方案一精确度高，成本低，抗干扰能力强且响应迅速。

故选择方案一。

1.3单片机控制模块方案

本设计采用STC89C52单片机作为核心控制屮心。

STC89C52单片机是一种低功耗、高性能、抗干扰超强的CMOS8位微控制器。

该器件与1：

业标准的MCS-51指令集和输出

管脚完全兼容，同时，与其他51系列单片机相比内部存储空间更大，指令执行速度更快。

1.4显示模块方案

方案一：

采用LCD液晶显示。

液晶显示器利用液晶的物理特性，通过电床对显示区域进行控制，有电就显示。

其画质高且不会闪烁，和单片机的接口更加简单可靠，操作更加方便，耗电最低，可以显示字符。

方案二：

采用LED数码管显示。

它是一种常用的显示器件，内部由8个发光二极管构成，其中7个组成字形“8”，另一个显示小数点。

使用时，只要引出它们的公共电极就可以。

综上：

方案二显示的信息有限，容易闪烁，功耗高，数码管级联复杂且成本较高;方案一显示信息量大且质量较高，功耗低，使用周期长，人机交换界面美观。

故选择方案一。

1.5按键模块方案

方案一：

采用4X4矩阵键盘。

它采用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成键盘。

在行线和列线的每一个交叉点上设置按键，不能直接连通。

利用矩阵键盘可以显示0-9数字、小数点和5个功能键。

仕需要的按键数量较多时，采用矩阵法连接键盘比较合理。

方案二：

采用intel8279专用键盘处理芯片。

它禽有键盘输入和显示器输出两种功能。

芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等处理。

是一种通用的可编程键盘、显示接口器件。

综上：

考虑到成本因素，方案二可能不是最佳选择。

方案一相对专用芯片可以节省成本，灵活性更强。

故选择方案一。

1.6报警模块方案

报警电路是山单片机的I/O口來控制的，当称重物体的重星超过系统设计所允许的重最时，通过程序使单片机的I/O值为高电平，使蜂鸣器发出报警声。

2理论分析与计算

2.1电阻应变片传感器

电阻应变片把导体形变的物理信号转换成电阻变化的信号，但是由于变化的阻值一般都很小，直接测量得到的结果很不准确。

所以，一般采用直流供电的电阻电桥将其转换成电用的变化。

如图，Rl、R2、R3、R4组成惠斯通电桥，将电阻应变片的阻值变化转化成输出电压。

图2・1电阻桥（单桥〉连接图

流过电阻Rl和R2的电流II：

Il=zτ⅛

K1+λZ

R2两端的电压V2：

V2=I1×R2=VCC×需I

流过电阻R3和RX的电流12：

12二黑7

R3两端的电压V3：

V3=I2×R3=VCCx

R3+Rx

V2和V3的电压差：

ΔV=V2-V3=VCC×（-⅛---⅛-）

Rl+r¾ZΛ3+λX

由此可以看出：

当Rl=R2=R3=Rχ时，ΔV=O,即电桥处于半衡状态；而RX发生变化时会导致AV发生变化。

在本设计中，将Rl、R2、R3、RX全部换成电阻应变片（即采用全桥法），当其受外力作用而阻值改变时，将差分电圧AV通过放大和A/D采样转换成相应的电圧值。

2.2HX711信号处理模块

HX711芯片功能非常强大，内部集成了信号放大与A/D转换模块。

当传感器的输出电压为毫伏级时，可通过选择芯片内部的增益倍数（32、64或128倍）使其放大，再通过模数转换送至单片机，作进一步的数据处理。

2.3STC89C52单片机控制模块

STC89C52单片机作为本设计的核心控制中心,在整个系统中主要负责数据的处理、控制和交换等作用。

此中心模块能够接受A/D转换后的传感器信号，同时也能接受扫描后的键盘的输入信号，计算价格后控制显示器的相应输出。

并且,这种控制芯片内存大、可靠性高、速度快且价格便宜，是一种优良的选择。

2.4LCD1602显示

在本设计中，选用LCDl602液晶显示，可显示两行字符（数字），通过单片机对它的程序设定，能够显示出重量、单价、金额等。

2.54×4矩阵键盘

该按键电路主芟用来于动输入物品的单价，实现人机交换的功能。

它包括数宁键0-9、小数点、去皮键、清零键和累加键等。

3系统硬件设计

系统硬件的总体设计框图如图3.1所示。

本设计在电桥屮连入四枚电阻应变片（全桥法），提髙了输出电压的灵敏，四个电阻的初始值R=RI=R2=R3=R4=1K,其变化值ΔR=ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4,输出电压AV=晋XVCC。

电位器RV2用來空载调零。

图3.1电阻应变片全桥电路连接图

3.2HX711信号调理电路

电阻应变片压力传感器输出的差模信号可直接送入HX711,利用HXCl内部通道A可编程增益（128倍）对信号进行放大，再经由后半部分的A/D转换把采集到的24位高低电平通过DOUT送至单片机进行处理。

图3.2HX711电路连接图

3.3单片机控制系统电路

STC89C52单片机最小系统包括电源电路、晶振电路和复位电路。

图3・3STC89C52单片机最小系统图

3.4显示电路与单片机接口电路

根据设计的要求，如图3.4所示，将LCDl602的数据端口D0-D7口与单片机Po口

相连，RS端接P2.6,R/W端接P2.5,E端接P2.7,用来控制显示器的显示。

图3.ILCDI602电路连接图

3.5按键电路与单片机接口电路

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。

3.6蜂鸣器超重报警系统电路

如图3.6所小。

R81—，

IOk

•<τtxt>β

I—

SPEAKER

VCC

图3・6蜂鸣器报警电路

4系统软件设计

如图4.1,程序开始执行后，首先对各个端口和功能键进行初始化：

另一边启动

HX711转换器，对信号进行放大和模数转换：

然后在单片机内部进行数据判断，若超重则启动报警电路，若没有超重则继续扫描键盘；当按下功能键时，则执行相应指令，并fflLCD1602显示重量、单价和总价。

一轮结束后，再进行第二次测量。

5系统调试

5.1测试方法与仪器

5.1.1测试方法

苗先按照电路原理连接电路，然后在称盘中由小到大依次添加不同重量（5.00g-500g）的磁码，并通过手动按下不同按键给单片机输入不同的指令，在显示屏上读出实测重量、单价、金额，同时，选择相应按键验证是否具有累加、去皮、清零等功能。

5.1.2测试仪器

+5V电源、祛码、万用表

5.2数据测试与分析

数据的测试如表1所示。

表1数据测试表

δt码重∙⅛

（g）"

实测重量

（g）2

误差（g）*η

誌码重量

（g〉Q

实测重量

（g）3

误差（gh

5.0QQ

4.84^

0.2^

70.OO-P

69.88*

0.12<^

6.0（P

5.79J

0.21<3

110.00tη

IIo.32

0.32

9.00P

8.63^

0.37<3

140.02

140.24J

0.24a

15.0Q÷1

14.8（P

0.2Q^

180.00-η

180.234

0∙23"

20.02

19.76^

0∙2"

280∙00□

279.62

0.31^

25.0（P

24.75^

0.25^

350.02

350.45^

0.45√,

30.0（P

3O.03P

0.03^

400.00^

397・68"

0.327

40.0（P

40.25÷

0.25÷,

460∙02

457.62

0.34÷1

50.02

50.217

0.22

500皿

499.12

0.92

测试效果：

1、祛码重量小于50g,误差小于0.5g;祛码重量在50g及以上时，误差小于lg。

2、可手动输入不同的单价（1-2位数），LcD显示屏上能显示单价与金额。

3、二次测量后，町实现金额累加。

4、去皮范用未超过Ioog。

5、当所添加物体超重时，町实现报警功能。

6总结

本设计基于高精度专用电子秤A/D转换芯片HX711,通过单片机对自制传感器信号的核心控制和处理，设计并制作完成了对称重范围在5.00g-500g的重星的检测。

当重量小于50g时，误差小于0.5g:

当重量在50g及以上时，误差小于Igo并且，该简易电子秤可设置单价，可以计算金额，可以实现累加和去皮功能，且去皮范用小于IOOgO本作品电路整体结构完善，工作稳定，效率极高。

参考文献

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［2］康光华等.电子技术基础模拟部分（第五版）皿］.北京：

高等教育出版社,2006

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