多功能数字电子秤的设计
随着社会的不断发展，人们的商业行为也越来越频繁，重量衡器作为重要商业生活工具也被赋予新的要求。现代重量衡器不仅对于精度要求更高，同时对便携性、拓展性都有一定的要求。本文设计了一种多功能数字电子秤称重系统，给出了硬件系统和软件系统详细设计内容。该系统采用89C51系列单片机为核心，主要组成模块有专用的24位串行A/D转换芯片HX711、悬臂梁式电阻应变式传感器、语音播报模块、LCD液晶显示器等。本设计元件选择适当、电路设计合理、功能齐全，除了基础的称重功能外，本电子秤还具有语音报重、报价、报时以及万年历功能，满足现代社会对于数字电子秤的大部分需求。关键词 电子秤，单片机，称重传感器，多功能，HX711转换芯片
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 课题来源 3
2 系统总体结构 3
2.1 硬件系统结构 4
2.2 软件系统结构 4
3 硬件系统详细设计 6
3.1 硬件焊接 6
3.2 称重模块硬件设计 9
3.3 语音模块硬件设计 11
3.4 时间模块硬件设计 13
3.5 键盘控制模块硬件设计 14
3.6 显示模块硬件设计 15
3.7 主控模块硬件设计 16
4 软件系统详细设计 17
4.1 称重模块软件设计 17
4.2 语音模块软件设计 18
4.3 时间模块软件设计 19
4.4 键盘控制模块软件设计 21
4.5 显示模块软件设计 22
4.6 主程序软件设计 23
5 多功能数字电子秤功能测试 25
5.1 称重功能测试 26
5.2 计价功能测试 27
5.3 时间显示功能测试 28
5.4 语音播报功能测试 28
结 论 30
致 谢 32
参 考 文 献 34
附录A总硬件原理图 35
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
附录B源代码 36
1 引言
1.1 课题背景
我国的衡器制造行业的研究历史可以追溯到20世纪20年代，由于当时技术水平相对落后，利用杠杆原理的机械型衡器是当时的主流产品，直至20世纪后期，在我国科研实力不断增强的大背景下，衡器行业取得了突破性的发展，原始的机械型衡器已不能满足当时社会的需要，机电结合型衡器应运而生[1]。直至今日，全电子式衡器与数字智能型衡器已经成为了当今社会的主流产品。然而由于历史的原因，我国电子衡器的发展相比国际发达国家起步较晚，技术相对落后，无论是技术装备还是检测试验手段都与国际先进水平有一定差距。幸运的是电子芯片技术这一行业的迅速发展，使得电子衡器制造技术及应用也随之发生了巨大的变化，这一变化，为我国电子衡器的发展带来了新的机遇，现代电子称重技术中，静态称重、模拟测量这些都成为了历史，取而代之的是全新的动态称重、数字测量技术，值得一提的是，快速称重和动态称重的研究与应用也有了新的突破。我国电子衡器行业需要在改革中抓住机遇，大力发展新技术。
然而，我们也需要正视我国电子衡器行业与西方工业发达国家的差距，我国由于历史的原因，在工艺装备与测试仪表、人才储备、技术与工艺等方面落后于西方工业发达国家，导致了我国产品的存在品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等问题。
在我国2000多年的历史中，衡器一直都是生活中最重要的仪器之一，例如我国传统衡器杆秤或盘秤，可以说我国对于衡器的研究历史非常悠久。然而随着20世纪世界科技大爆发，电子秤这一新兴产品凭借着其便利性和准确性一经问世就迅速取代了传统衡器。早期电子秤的内部电子设计大多都是使用模拟电路，但由于模拟电路相对复杂，易受干扰等问题，后期电子秤绝大部分已经更换为数字电路。设计模式也转变为微处理器芯片控制方式[1]，这使精度和可靠性都有了明显提高。同时不同用途的电子秤也可以使用不同的微处理器。例如小型商用电子秤的内部数据处理过程较为简单，所以用8位微处理器即可满足要求。
在数字电子称重系统中，核心微处理器芯片负责将一或多只传感器的输出进行汇总、转换、处理最终得出精确的数据。这一处理工程称为“和算”。和算技术是当今高精密电子衡器的技术基础，由于各传感器功能相互独立，传感器可以根据自身功能进行深度优化，所以传感器的稳定性和性能可以大幅增强，成本也可以得到有效控制。和算技术发展到如今，通过结合信号增强器和A/D转换器的发展，数字和算成为了主流技术，并且最终进入了实用阶段[2]。
近年来社会对于电子衡器的需求已经发生改变，主要集中在对于电子衡器体积、准确度，专业性等方面。不得不提的是，在称重传感器这一方面，传感器的品种和结构也正在不断创新，技术功能和应用范围也在不断扩大。可以说，目前国际电子衡器的发展正处于百花齐放的高速发展时期。
在我国这样一个国民经济迅速发展的的大好形势下，我们需要树立起坚定的信念，正视与国际先进水平之间的差距，努力从观念、技术和管理等方面着手，提高制造技术与制造工艺水平，在发展电子衡器的核心技术的同事，也需要解决电子秤中的工程化产品的定型设计问题。让生产工艺，质量，可靠性考核等规模生产中的关键问题得到保证，提高批量生产能力，为我国的电子衡器产业的发展奠定坚实基础！
1.2 国内外研究现状
当今社会电子称重器的使用已经十分普遍，特别是在商业销售中，有许多散称商品都需要使用到电子称重器。国内电子称重器的发展从20世纪60年代开始，在研究电子秤初期，电子秤的内部电子设计大多都是使用模拟电路，但由于模拟电路相对复杂，易受干扰等问题，后期电子秤绝大部分已经更换为数字电路。直至20世纪90年代末国内首次研制开发出了内置微处理器芯片式电子秤。相比于国内，西方工业发达国家在电子称重器研发方面，技术水平和研发规模，特别是在准确度与稳定性等方面有很大优势[4]。例如近几年中，国外大型企业就研发了许多新兴产品：美国Revere公司研发的PUS型称重传感器不仅可以拉压两用而且具有大气压力补偿功能，适合用于高准确度检验、称重平台，准确度可达5000d；德国HBM公司研发的防爆称重传感器分为C2A、 C16A两种不同结构，称重范围为1100t同时具有耐压外壳，其防爆性能符合欧洲EN50014和EN50018d标准；美国斯凯梅公司研发的新一代高准确度不锈钢F6Ox系列称重传感器，称重范围55000kg，准确度可达6000d，用于湿度大，腐蚀性强的环境中，而且防水[2]。
面对这一现状，近几年我国的科研人员从基础做起，用敬业的态度奉献在国家科研事业中，在电子称重器领域同样取得了相当辉煌的成果。从总体上来看，目前国内电子称重器的发展水平与西方工业发达国家存在着10~20年的差距，但有少部分类型产品技术已经处于国际领先水平。我国著名电子技术专家杨东海曾经在期刊《水利电力机械》中写到：“电子秤现在已被社会所公认，它能完成一般机械秤所不能实现的计量问题。”[2]正是由于科研工作者的的重视与支持，社会对于数字电子称的研究与开发也越来越重视。目前，虽然我国在电子秤测量精度上，与国外发达国家产品有一定差距，但不可否认的是，我国在电子秤研究方面同样取得了很大成就。例如罗及红教授在《计算机测量与控制》一书中发表了一篇高精度电子秤的设计思路，文章中的电子秤以DSP处理器TMS320LF2407为信息处理核心，能够高速、准确的处理称重数据[6]。
目 录
1 引言 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 课题来源 3
2 系统总体结构 3
2.1 硬件系统结构 4
2.2 软件系统结构 4
3 硬件系统详细设计 6
3.1 硬件焊接 6
3.2 称重模块硬件设计 9
3.3 语音模块硬件设计 11
3.4 时间模块硬件设计 13
3.5 键盘控制模块硬件设计 14
3.6 显示模块硬件设计 15
3.7 主控模块硬件设计 16
4 软件系统详细设计 17
4.1 称重模块软件设计 17
4.2 语音模块软件设计 18
4.3 时间模块软件设计 19
4.4 键盘控制模块软件设计 21
4.5 显示模块软件设计 22
4.6 主程序软件设计 23
5 多功能数字电子秤功能测试 25
5.1 称重功能测试 26
5.2 计价功能测试 27
5.3 时间显示功能测试 28
5.4 语音播报功能测试 28
结 论 30
致 谢 32
参 考 文 献 34
附录A总硬件原理图 35
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
附录B源代码 36
1 引言
1.1 课题背景
我国的衡器制造行业的研究历史可以追溯到20世纪20年代，由于当时技术水平相对落后，利用杠杆原理的机械型衡器是当时的主流产品，直至20世纪后期，在我国科研实力不断增强的大背景下，衡器行业取得了突破性的发展，原始的机械型衡器已不能满足当时社会的需要，机电结合型衡器应运而生[1]。直至今日，全电子式衡器与数字智能型衡器已经成为了当今社会的主流产品。然而由于历史的原因，我国电子衡器的发展相比国际发达国家起步较晚，技术相对落后，无论是技术装备还是检测试验手段都与国际先进水平有一定差距。幸运的是电子芯片技术这一行业的迅速发展，使得电子衡器制造技术及应用也随之发生了巨大的变化，这一变化，为我国电子衡器的发展带来了新的机遇，现代电子称重技术中，静态称重、模拟测量这些都成为了历史，取而代之的是全新的动态称重、数字测量技术，值得一提的是，快速称重和动态称重的研究与应用也有了新的突破。我国电子衡器行业需要在改革中抓住机遇，大力发展新技术。
然而，我们也需要正视我国电子衡器行业与西方工业发达国家的差距，我国由于历史的原因，在工艺装备与测试仪表、人才储备、技术与工艺等方面落后于西方工业发达国家，导致了我国产品的存在品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等问题。
在我国2000多年的历史中，衡器一直都是生活中最重要的仪器之一，例如我国传统衡器杆秤或盘秤，可以说我国对于衡器的研究历史非常悠久。然而随着20世纪世界科技大爆发，电子秤这一新兴产品凭借着其便利性和准确性一经问世就迅速取代了传统衡器。早期电子秤的内部电子设计大多都是使用模拟电路，但由于模拟电路相对复杂，易受干扰等问题，后期电子秤绝大部分已经更换为数字电路。设计模式也转变为微处理器芯片控制方式[1]，这使精度和可靠性都有了明显提高。同时不同用途的电子秤也可以使用不同的微处理器。例如小型商用电子秤的内部数据处理过程较为简单，所以用8位微处理器即可满足要求。
在数字电子称重系统中，核心微处理器芯片负责将一或多只传感器的输出进行汇总、转换、处理最终得出精确的数据。这一处理工程称为“和算”。和算技术是当今高精密电子衡器的技术基础，由于各传感器功能相互独立，传感器可以根据自身功能进行深度优化，所以传感器的稳定性和性能可以大幅增强，成本也可以得到有效控制。和算技术发展到如今，通过结合信号增强器和A/D转换器的发展，数字和算成为了主流技术，并且最终进入了实用阶段[2]。
近年来社会对于电子衡器的需求已经发生改变，主要集中在对于电子衡器体积、准确度，专业性等方面。不得不提的是，在称重传感器这一方面，传感器的品种和结构也正在不断创新，技术功能和应用范围也在不断扩大。可以说，目前国际电子衡器的发展正处于百花齐放的高速发展时期。
在我国这样一个国民经济迅速发展的的大好形势下，我们需要树立起坚定的信念，正视与国际先进水平之间的差距，努力从观念、技术和管理等方面着手，提高制造技术与制造工艺水平，在发展电子衡器的核心技术的同事，也需要解决电子秤中的工程化产品的定型设计问题。让生产工艺，质量，可靠性考核等规模生产中的关键问题得到保证，提高批量生产能力，为我国的电子衡器产业的发展奠定坚实基础！
1.2 国内外研究现状
当今社会电子称重器的使用已经十分普遍，特别是在商业销售中，有许多散称商品都需要使用到电子称重器。国内电子称重器的发展从20世纪60年代开始，在研究电子秤初期，电子秤的内部电子设计大多都是使用模拟电路，但由于模拟电路相对复杂，易受干扰等问题，后期电子秤绝大部分已经更换为数字电路。直至20世纪90年代末国内首次研制开发出了内置微处理器芯片式电子秤。相比于国内，西方工业发达国家在电子称重器研发方面，技术水平和研发规模，特别是在准确度与稳定性等方面有很大优势[4]。例如近几年中，国外大型企业就研发了许多新兴产品：美国Revere公司研发的PUS型称重传感器不仅可以拉压两用而且具有大气压力补偿功能，适合用于高准确度检验、称重平台，准确度可达5000d；德国HBM公司研发的防爆称重传感器分为C2A、 C16A两种不同结构，称重范围为1100t同时具有耐压外壳，其防爆性能符合欧洲EN50014和EN50018d标准；美国斯凯梅公司研发的新一代高准确度不锈钢F6Ox系列称重传感器，称重范围55000kg，准确度可达6000d，用于湿度大，腐蚀性强的环境中，而且防水[2]。
面对这一现状，近几年我国的科研人员从基础做起，用敬业的态度奉献在国家科研事业中，在电子称重器领域同样取得了相当辉煌的成果。从总体上来看，目前国内电子称重器的发展水平与西方工业发达国家存在着10~20年的差距，但有少部分类型产品技术已经处于国际领先水平。我国著名电子技术专家杨东海曾经在期刊《水利电力机械》中写到：“电子秤现在已被社会所公认，它能完成一般机械秤所不能实现的计量问题。”[2]正是由于科研工作者的的重视与支持，社会对于数字电子称的研究与开发也越来越重视。目前，虽然我国在电子秤测量精度上，与国外发达国家产品有一定差距，但不可否认的是，我国在电子秤研究方面同样取得了很大成就。例如罗及红教授在《计算机测量与控制》一书中发表了一篇高精度电子秤的设计思路，文章中的电子秤以DSP处理器TMS320LF2407为信息处理核心，能够高速、准确的处理称重数据[6]。
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