基于单片机的电子秤系统设计
基于单片机的电子秤系统设计[20200406125051]
摘 要
人类的生活生产离不开计重工具，从古老的秤杆秤砣到现在的智能称重仪器。电子称作为新兴的计重工具，几乎随处可见，是人们生活生产中不可或缺的一部分。无论是科学研究、多边贸易、快递物流还是国防建设它都起到了巨大的作用。
本系统的设计包含硬件电路设计：数据处理采用单片机STC89S52，使用压力传感器获取压力信息。获取压力数据后经过数模转换芯片HX711转换成数字量[1]，再由单片机处理这些数据最后送到LCD1602液晶屏[2]来显示字符。硬件电路设计完毕即进行软件编程调试和最后的实物焊接与调试阶段。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:STC89S52单片机电子秤压力传感器HX711
目录
1绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究背景和意义 1
1.3国内外电子称技术发展概述 1
2电子称系统方案设计 2
2.1功能指标 2
2.2系统总体设计方案比较与论证 2
3系统硬件电路设计 6
3.1系统供电电路设计 6
3.2串口程序下载电路设计 7
3.3单片机控制电路设计 8
3.4系统显示电路设计 12
3.5超重声音提示电路设计 13
3.6键盘输入电路设计 14
3.7系统硬件电路的绘制与PCB制作 16
4 系统软件设计 18
4.1系统主要代码设计 18
4.2显示器程序编写 18
4.3系统按键检测程序设计 19
5 系统调试与分析 21
5.1软件仿真 21
5.2硬件电路调试与分析 21
结束语 24
参考文献 25
致谢 26
附录 27
附录1系统整体电路图 27
附录2系统设计PCB图 28
1绪论
1.1 引言
人们自古就没有停止对称重技术的研究，在称重衡器之中，电子称是最新的一种。它并不仅仅是独立的一个测重的单位，跟计算机互联后极大地促进了工业生产效率的提高，方便了企业的管理。电子称的普及渗透了人类的生活，带来了不可估量的潜在效益。
1.2 研究背景和意义
现代的智能型电子称比老式的机械式的体积小，有的比鞋盒还小。因为采用了集成电路所以重量上也是优于机械式称，所以方便使用者携带，随着智能芯片和集成电路的发展，电子称的成本比以往的称重工具都要低，而且还在降低。使用价值不强等很多缺点。最新的电子称能在恶劣环境运行，因为产生的是数字信号[3]，所以可以长距离传输，这是一个革命性的改变，数字信号可供计算机处理，节省了可观的人力物力。随着科学技术的发展，各种老式仪器都面临着被淘汰，在这种环境下，称重仪器也向着更先进的方向发展，越来越多的自动化计量仪器被研发和制造，这无疑方便了科学研究以及工业生产的系统管理。
1.3国内外电子称技术发展概述
从古到今，世界范围的称重技术经历了多次变革，最原始的是没有电子器件的机械式到部分模块使用电子元件的机电结合秤，然后是把电路排版、缩小排在一起的集成电路式到最新的单片机为核心的电子秤。我国的称从古代的撑杆秤砣秤盘式到七八十年代的机电结合型再到现代化的智能全自动记重仪器。为了跟上电子称的发展步伐，扩大市场，满足市场需求，越来越多的厂商开始生产体积更小，结构使用模块化、更智能的电子称；现在的仪器运行速率越来越快，准确度也能保持的很高，运行也十分稳定；功能越来越强大，丰富了称重仪器的扩展性。
2电子称系统方案设计
2.1功能指标
1.小于5Kg重量
2.超量程报警
3.测量误差不大于0.005Kg
4．通过键盘输入单价，驱动LCD显示总价
2.2系统总体设计方案比较与论证
系统工作流程大致如下：托盘放上重物，传感器受到压力产生信号，信号被送到AD转换芯片进行转换，转换后为数字信号，数字信号由程序代码处理，处理成LCD能识别的信号[4]，LCD根据各个字符代表的意思一一对应在液晶屏上显示出相应的字符。
流程如图2.1 总体设计方案。
图2.1 总体设计方案
下面是几个最初设计思路的具体描述：
方案一 使用数码管：如图2.2 数码管终端显示。
图 2.2 数码管终端显示
数码管显示数字，很方便，接入AD转换芯片。这样的话硬件系统比较简单，既可以降低接口电路的设计难度，还可以少些代码，节省很多时间，整个电路只有只有两个端口，一个输入一个输出[5]。不好的地方是：虽然能称出物体的重量，但是就不能自由地输入信息，如果遇到比较复杂的情况就没办法去处理。数码管由7根二极管构成，排布成8的形状。而8的形状不可能用作显示稍微复杂点的符号。它的结构决定了它不能显示像汉字这样的图形，所以显示不了物品的名字之类比较复杂的字符。又因为使用了AD转换芯片的缘故，使得整个设计显得太过简单，这对以后各种功能的扩展十分不利，这样的方案肯定是不能采用。
方案二 之前一个方案太过简单，所以要扩展一下，接上一个用来输入的键盘，这样就可以对单片机的各种参数进行方便地设置[6]，本系统的键盘主要是设置物品单价，这样就能显示总价了。
下面是框图如图2.3带有键盘输入的流程简图所示：
图2.3 带有键盘输入的流程简图
本方案可以通过代码实现重量数据与输入单价相乘来直接得到物品总价，但是因为数码管是由7根发光二极管排布组成，虽然可以显示数字代号之类。在实际称重时，一旦数码管的位数不够用，显示不了足够多的数字，毫无疑问，精确度会被降低，成本也会增加很多，从实用性来看，这个方案会使用大量的数码管接入电路用来确保现实的精确度。问题随之而来，大量的数码管需要设计电路为之提供很多的数码管接口，费时费力，不是很好的方案。
方案三 因为前端信号相对比较微弱，加入一个信号放大器，放大采集到的信号，这样对后续电路的正常运行提供了基本的保证，这样的话增加了材料，耗费的成本当然也会增加；为了能显示出复杂的字符，采用LCD来显示字符。LCD屏幕上有极多的显示像素，每个像素都能独立工作，在一块两厘米乘七厘米的LCD屏上可以通过编码驱动液晶上的像素点展示出复杂的图形或者符号，这个方案不但完全达到了设计的目的，而且更加人性化，用户可以直接从显示屏上看到物品名字物品重量，如果用户未来有新的需求可以通过编码扩展液晶屏显示的内容，这十分方便。
结构简图如图2.4带有键盘输入及液晶显示的流程简图：
图2.4带有键盘输入及液晶显示的流程简图
综合比对了这些设计思路，为了焊接出的实物能实现预订功能并尽量压低成本，确定了最佳的设计思路，硬件设计思路如图2.5系统设计运行流程所示。
图2.5系统设计运行流程
3系统硬件电路设计
3.1系统供电电路设计
因为本设计使用的单片机正常工作时电压是5伏，模数转换模块工作电压是5伏，液晶屏的额定电压也是5V 直流电，所以要使用一个输出5V的电源。考虑到调试的需要，我准备了两套供电方案，程序调试时用USB供电，使用USB接口作为电源的话方便了调试程序，减少了调试程序的麻烦。其余时间用外置电源，这个电源是实际使用时使用的，具有很强的实用性。为了使得系统得到稳定的供电电压，接入了稳压器件，只有接入一个稳压器件，系统才能在供电不稳定的时候得到正常的稳定的供电，电源接口加一个滤波电容来保证供电稳定。为了能明显识别电路是否得到供电，接上了一个发光二极管。电源电路设计如图 3.1电源接口电路所示。
图3.1 电源接口电路
两个电容对电源滤波，滤除高频的干扰波，C4来稳定电源电压，电脑上的USB接口提供的电压不是很稳定有时候会超过5伏特有时候也会供电不足，这时候就需要C4电容工作保证电压稳定。LED0当做电源指示，R0是起到保护电路的作用，确保不烧。
摘 要
人类的生活生产离不开计重工具，从古老的秤杆秤砣到现在的智能称重仪器。电子称作为新兴的计重工具，几乎随处可见，是人们生活生产中不可或缺的一部分。无论是科学研究、多边贸易、快递物流还是国防建设它都起到了巨大的作用。
本系统的设计包含硬件电路设计：数据处理采用单片机STC89S52，使用压力传感器获取压力信息。获取压力数据后经过数模转换芯片HX711转换成数字量[1]，再由单片机处理这些数据最后送到LCD1602液晶屏[2]来显示字符。硬件电路设计完毕即进行软件编程调试和最后的实物焊接与调试阶段。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:STC89S52单片机电子秤压力传感器HX711
目录
1绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究背景和意义 1
1.3国内外电子称技术发展概述 1
2电子称系统方案设计 2
2.1功能指标 2
2.2系统总体设计方案比较与论证 2
3系统硬件电路设计 6
3.1系统供电电路设计 6
3.2串口程序下载电路设计 7
3.3单片机控制电路设计 8
3.4系统显示电路设计 12
3.5超重声音提示电路设计 13
3.6键盘输入电路设计 14
3.7系统硬件电路的绘制与PCB制作 16
4 系统软件设计 18
4.1系统主要代码设计 18
4.2显示器程序编写 18
4.3系统按键检测程序设计 19
5 系统调试与分析 21
5.1软件仿真 21
5.2硬件电路调试与分析 21
结束语 24
参考文献 25
致谢 26
附录 27
附录1系统整体电路图 27
附录2系统设计PCB图 28
1绪论
1.1 引言
人们自古就没有停止对称重技术的研究，在称重衡器之中，电子称是最新的一种。它并不仅仅是独立的一个测重的单位，跟计算机互联后极大地促进了工业生产效率的提高，方便了企业的管理。电子称的普及渗透了人类的生活，带来了不可估量的潜在效益。
1.2 研究背景和意义
现代的智能型电子称比老式的机械式的体积小，有的比鞋盒还小。因为采用了集成电路所以重量上也是优于机械式称，所以方便使用者携带，随着智能芯片和集成电路的发展，电子称的成本比以往的称重工具都要低，而且还在降低。使用价值不强等很多缺点。最新的电子称能在恶劣环境运行，因为产生的是数字信号[3]，所以可以长距离传输，这是一个革命性的改变，数字信号可供计算机处理，节省了可观的人力物力。随着科学技术的发展，各种老式仪器都面临着被淘汰，在这种环境下，称重仪器也向着更先进的方向发展，越来越多的自动化计量仪器被研发和制造，这无疑方便了科学研究以及工业生产的系统管理。
1.3国内外电子称技术发展概述
从古到今，世界范围的称重技术经历了多次变革，最原始的是没有电子器件的机械式到部分模块使用电子元件的机电结合秤，然后是把电路排版、缩小排在一起的集成电路式到最新的单片机为核心的电子秤。我国的称从古代的撑杆秤砣秤盘式到七八十年代的机电结合型再到现代化的智能全自动记重仪器。为了跟上电子称的发展步伐，扩大市场，满足市场需求，越来越多的厂商开始生产体积更小，结构使用模块化、更智能的电子称；现在的仪器运行速率越来越快，准确度也能保持的很高，运行也十分稳定；功能越来越强大，丰富了称重仪器的扩展性。
2电子称系统方案设计
2.1功能指标
1.小于5Kg重量
2.超量程报警
3.测量误差不大于0.005Kg
4．通过键盘输入单价，驱动LCD显示总价
2.2系统总体设计方案比较与论证
系统工作流程大致如下：托盘放上重物，传感器受到压力产生信号，信号被送到AD转换芯片进行转换，转换后为数字信号，数字信号由程序代码处理，处理成LCD能识别的信号[4]，LCD根据各个字符代表的意思一一对应在液晶屏上显示出相应的字符。
流程如图2.1 总体设计方案。
图2.1 总体设计方案
下面是几个最初设计思路的具体描述：
方案一 使用数码管：如图2.2 数码管终端显示。
图 2.2 数码管终端显示
数码管显示数字，很方便，接入AD转换芯片。这样的话硬件系统比较简单，既可以降低接口电路的设计难度，还可以少些代码，节省很多时间，整个电路只有只有两个端口，一个输入一个输出[5]。不好的地方是：虽然能称出物体的重量，但是就不能自由地输入信息，如果遇到比较复杂的情况就没办法去处理。数码管由7根二极管构成，排布成8的形状。而8的形状不可能用作显示稍微复杂点的符号。它的结构决定了它不能显示像汉字这样的图形，所以显示不了物品的名字之类比较复杂的字符。又因为使用了AD转换芯片的缘故，使得整个设计显得太过简单，这对以后各种功能的扩展十分不利，这样的方案肯定是不能采用。
方案二 之前一个方案太过简单，所以要扩展一下，接上一个用来输入的键盘，这样就可以对单片机的各种参数进行方便地设置[6]，本系统的键盘主要是设置物品单价，这样就能显示总价了。
下面是框图如图2.3带有键盘输入的流程简图所示：
图2.3 带有键盘输入的流程简图
本方案可以通过代码实现重量数据与输入单价相乘来直接得到物品总价，但是因为数码管是由7根发光二极管排布组成，虽然可以显示数字代号之类。在实际称重时，一旦数码管的位数不够用，显示不了足够多的数字，毫无疑问，精确度会被降低，成本也会增加很多，从实用性来看，这个方案会使用大量的数码管接入电路用来确保现实的精确度。问题随之而来，大量的数码管需要设计电路为之提供很多的数码管接口，费时费力，不是很好的方案。
方案三 因为前端信号相对比较微弱，加入一个信号放大器，放大采集到的信号，这样对后续电路的正常运行提供了基本的保证，这样的话增加了材料，耗费的成本当然也会增加；为了能显示出复杂的字符，采用LCD来显示字符。LCD屏幕上有极多的显示像素，每个像素都能独立工作，在一块两厘米乘七厘米的LCD屏上可以通过编码驱动液晶上的像素点展示出复杂的图形或者符号，这个方案不但完全达到了设计的目的，而且更加人性化，用户可以直接从显示屏上看到物品名字物品重量，如果用户未来有新的需求可以通过编码扩展液晶屏显示的内容，这十分方便。
结构简图如图2.4带有键盘输入及液晶显示的流程简图：
图2.4带有键盘输入及液晶显示的流程简图
综合比对了这些设计思路，为了焊接出的实物能实现预订功能并尽量压低成本，确定了最佳的设计思路，硬件设计思路如图2.5系统设计运行流程所示。
图2.5系统设计运行流程
3系统硬件电路设计
3.1系统供电电路设计
因为本设计使用的单片机正常工作时电压是5伏，模数转换模块工作电压是5伏，液晶屏的额定电压也是5V 直流电，所以要使用一个输出5V的电源。考虑到调试的需要，我准备了两套供电方案，程序调试时用USB供电，使用USB接口作为电源的话方便了调试程序，减少了调试程序的麻烦。其余时间用外置电源，这个电源是实际使用时使用的，具有很强的实用性。为了使得系统得到稳定的供电电压，接入了稳压器件，只有接入一个稳压器件，系统才能在供电不稳定的时候得到正常的稳定的供电，电源接口加一个滤波电容来保证供电稳定。为了能明显识别电路是否得到供电，接上了一个发光二极管。电源电路设计如图 3.1电源接口电路所示。
图3.1 电源接口电路
两个电容对电源滤波，滤除高频的干扰波，C4来稳定电源电压，电脑上的USB接口提供的电压不是很稳定有时候会超过5伏特有时候也会供电不足，这时候就需要C4电容工作保证电压稳定。LED0当做电源指示，R0是起到保护电路的作用，确保不烧。
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