单片机技术的电子秤设计和制作
单片机技术的电子秤设计和制作[20200128194434]
【内容摘要】
和传统秤相比较，电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现，具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量范围为0-9.999Kg，测量精度达到1g，也就是说最多可以显示位数为4位，有高精度，低成本，易携带的特点。电子秤采用液晶显示汉字和测量记过，比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外，该电子秤电路简单，使用寿命长，应用范围广，可以应用于商场、超市、家庭等场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。本电子秤利用压力传感器来采集因为同步压力变化而产生的电压信号，通过放大电路进行放大，经模数转化送入单片机。系统电源由外设电源提供。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】单片机,传感器,电子秤,液晶屏,HX711,ST7565
引 言 1
一、 设计方案的选择与论证 1
二、系统原理设计 2
(一)设计思想 2
(二)系统框图 2
二、 硬件设计 3
(一) 电路设计及其工作原理 3
1.称重传感器 3
2.电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路 4
3.单片机STC89C52及其电路 6
4.液晶屏电路 10
5.矩阵键盘电路 11
6.声光报警电路 11
7.电源电路 12
(二)硬件连线描述 12
(三)硬件功能 13
四、 软件设计 14
(一)系统主程序设计 14
(二)时钟中断和键盘扫描程序设计 14
(三)主要程序解释 15
五、 安装与调试 17
六、 结束语 17
参考文献 18
致谢 19
附录1:主要程序清单 20
附录2 实物图 28
附录3：原理图 30
附录4：PCB布线图及装配图 31
引 言
现实生活中，台式电子秤使用相对较为普遍，但它的局限性也大，成本高，体积大，携带不便等等都是需要改进的方面。鉴于此，我对电子秤的设计主要思路是：利用压力传感器来采集因为压力变化而产生的电压信号，然后再通过放大电路进行放大，经过模数转换器转化为数字信号最后再将数字信号送入单片机进行A/D转换器。单片机经过相应的处理后，则将当前物品的重量和金额显示出来。按照国际法制计量组织的规定，我们的设计精度为Ⅲ级，系统通过手机USB电源供电DC5V，称重范围0到10Kg，分度值1g。这种设计精度高，体积小，携带方便，能够满足广大商贸和家庭对小物件的称重使用需求。
一、设计方案的选择与论证
单片机电子秤硬件方案如图1所示：
图1 单片机电子秤硬件方案
称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片，内置增益控制，精度高，性能稳定。HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据，进行计算转换，再液晶屏上显示出来。
矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体重量得到后，用户可以通过矩阵键盘输入单价，电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。电源系统给单片机、HX711电路及传感器供电。
二、系统原理设计
（一）设计思想
单片机控制系统是整个控制系统的核心，它完成整个系统的信息处理及协调功能。本次我们选用STC公司的STC89C52RC芯片；其功能强大，兼容性好。STC89C52RC是与8051兼容的CHMOS微控制器。与CHMOS工艺的8051一样，支持软件选择的空闲和掉电两种节电方式。
在STC89C52RC中P1.0口接蜂鸣器报警电路，P1.1口接红色LED灯报警电路，P1.2、P1.3、P3.2、P3.3为键盘行选位，P3.4—P3.7为键盘列选位，P1.6、P1.7、P2口接LCD液晶显示电路，P1.4、P1.5接A/D模数采样转换电路，P3.0、P3.1接USB电源及下载接口，18、19、20脚接时钟晶振电路。
（二）系统框图
二、硬件设计
（一) 电路设计及其工作原理
1.称重传感器
传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。
1.1 灵敏度
称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mV/V。当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mV。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6mV。当电子秤应用于工业环境时，在6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。
1.2 总误差
总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。
1.3 漂移
称重传感器也产生与时间相关的漂移。
目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑，其主要特点如下：
(1) 电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度较高，寿命较短，对环境要求苛刻，不易长距离传输。
(2) 压电式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度高，寿命长，但大量程的压力传感器尚待进一步研究。
(3) 电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境要求不太严格。
综上所述，选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，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，供后续电路测量和处理。电阻应变式传感器测量原理如图2所示。
图2 电阻应变式传感器测量原理
当垂直正压力P作用于梁上时，梁产生形变，电阻应变片R1、R3受压弯拉伸，阻值增加；R2、R4受压缩，阻值减小。电桥失去平衡，产生不平衡电压，不平衡电压与作用在传感器上的载菏P成正比，从而将非电量转化成电量输出。
R1、R2、R3和R4组成惠更斯电桥，将2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压，其工作原理如图3所示。
图3 测量电桥原理
2.电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路
HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。
该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A 或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A 的可编程增益为128 或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B 则为固定的32 增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。 HX711内部方框图如图4所示。其外部管脚如图5所示。
图4 HX711内部方框图
图5 HX711外部管脚图
图5为HX711芯片应用于计价秤的一个参考电路图。该方案使用内部时钟振荡器(XI=0)，10Hz的输出数据速率(RATE=0)。电源（2.7～5.5V）直接取用与MCU 芯片相同的供电电源。通道A与传感器相连，通道B通过片外分压电阻与电池相连，用于检测电池电压。
图6 HX711计价秤应用参考电路图
本课题设计的HX711电路如图7所示：
图7 HX711电路
3.单片机STC89C52及其电路
3.1 STC89C52 单片机概述
STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。
【内容摘要】
和传统秤相比较，电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现，具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量范围为0-9.999Kg，测量精度达到1g，也就是说最多可以显示位数为4位，有高精度，低成本，易携带的特点。电子秤采用液晶显示汉字和测量记过，比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外，该电子秤电路简单，使用寿命长，应用范围广，可以应用于商场、超市、家庭等场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。本电子秤利用压力传感器来采集因为同步压力变化而产生的电压信号，通过放大电路进行放大，经模数转化送入单片机。系统电源由外设电源提供。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】单片机,传感器,电子秤,液晶屏,HX711,ST7565
引 言 1
一、 设计方案的选择与论证 1
二、系统原理设计 2
(一)设计思想 2
(二)系统框图 2
二、 硬件设计 3
(一) 电路设计及其工作原理 3
1.称重传感器 3
2.电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路 4
3.单片机STC89C52及其电路 6
4.液晶屏电路 10
5.矩阵键盘电路 11
6.声光报警电路 11
7.电源电路 12
(二)硬件连线描述 12
(三)硬件功能 13
四、 软件设计 14
(一)系统主程序设计 14
(二)时钟中断和键盘扫描程序设计 14
(三)主要程序解释 15
五、 安装与调试 17
六、 结束语 17
参考文献 18
致谢 19
附录1:主要程序清单 20
附录2 实物图 28
附录3：原理图 30
附录4：PCB布线图及装配图 31
引 言
现实生活中，台式电子秤使用相对较为普遍，但它的局限性也大，成本高，体积大，携带不便等等都是需要改进的方面。鉴于此，我对电子秤的设计主要思路是：利用压力传感器来采集因为压力变化而产生的电压信号，然后再通过放大电路进行放大，经过模数转换器转化为数字信号最后再将数字信号送入单片机进行A/D转换器。单片机经过相应的处理后，则将当前物品的重量和金额显示出来。按照国际法制计量组织的规定，我们的设计精度为Ⅲ级，系统通过手机USB电源供电DC5V，称重范围0到10Kg，分度值1g。这种设计精度高，体积小，携带方便，能够满足广大商贸和家庭对小物件的称重使用需求。
一、设计方案的选择与论证
单片机电子秤硬件方案如图1所示：
图1 单片机电子秤硬件方案
称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过电子秤专用模拟/数字（A/D）转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片，内置增益控制，精度高，性能稳定。HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据，进行计算转换，再液晶屏上显示出来。
矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体重量得到后，用户可以通过矩阵键盘输入单价，电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。电源系统给单片机、HX711电路及传感器供电。
二、系统原理设计
（一）设计思想
单片机控制系统是整个控制系统的核心，它完成整个系统的信息处理及协调功能。本次我们选用STC公司的STC89C52RC芯片；其功能强大，兼容性好。STC89C52RC是与8051兼容的CHMOS微控制器。与CHMOS工艺的8051一样，支持软件选择的空闲和掉电两种节电方式。
在STC89C52RC中P1.0口接蜂鸣器报警电路，P1.1口接红色LED灯报警电路，P1.2、P1.3、P3.2、P3.3为键盘行选位，P3.4—P3.7为键盘列选位，P1.6、P1.7、P2口接LCD液晶显示电路，P1.4、P1.5接A/D模数采样转换电路，P3.0、P3.1接USB电源及下载接口，18、19、20脚接时钟晶振电路。
（二）系统框图
二、硬件设计
（一) 电路设计及其工作原理
1.称重传感器
传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。
1.1 灵敏度
称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mV/V。当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mV。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6mV。当电子秤应用于工业环境时，在6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。
1.2 总误差
总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。
1.3 漂移
称重传感器也产生与时间相关的漂移。
目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑，其主要特点如下：
(1) 电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度较高，寿命较短，对环境要求苛刻，不易长距离传输。
(2) 压电式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度高，寿命长，但大量程的压力传感器尚待进一步研究。
(3) 电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境要求不太严格。
综上所述，选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，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，供后续电路测量和处理。电阻应变式传感器测量原理如图2所示。
图2 电阻应变式传感器测量原理
当垂直正压力P作用于梁上时，梁产生形变，电阻应变片R1、R3受压弯拉伸，阻值增加；R2、R4受压缩，阻值减小。电桥失去平衡，产生不平衡电压，不平衡电压与作用在传感器上的载菏P成正比，从而将非电量转化成电量输出。
R1、R2、R3和R4组成惠更斯电桥，将2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压，其工作原理如图3所示。
图3 测量电桥原理
2.电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路
HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D 转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。
该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A 或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A 的可编程增益为128 或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B 则为固定的32 增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。 HX711内部方框图如图4所示。其外部管脚如图5所示。
图4 HX711内部方框图
图5 HX711外部管脚图
图5为HX711芯片应用于计价秤的一个参考电路图。该方案使用内部时钟振荡器(XI=0)，10Hz的输出数据速率(RATE=0)。电源（2.7～5.5V）直接取用与MCU 芯片相同的供电电源。通道A与传感器相连，通道B通过片外分压电阻与电池相连，用于检测电池电压。
图6 HX711计价秤应用参考电路图
本课题设计的HX711电路如图7所示：
图7 HX711电路
3.单片机STC89C52及其电路
3.1 STC89C52 单片机概述
STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。
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