采用AT89C52單片機為主控芯片，結合壓力傳感器、模數轉換器、液晶顯示器實(shí)現一種高 精度多功能數字電子秤。用4X4矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行控制，操作便捷。用LCD顯示稱(chēng)重重量、單 價(jià)、總價(jià)等信息。用熱敏票據打印機打印出相關(guān)信息。該電子秤具有稱(chēng)重、鍵盤(pán)輸入、自動(dòng)計 價(jià)、信息顯示和票據打印的功能。具有體積小、成本低、精確度高、可靠性高等特點(diǎn)。

引言

物料計量是工業(yè)生產(chǎn)與貿易流通中的一個(gè)重要環(huán) 節。稱(chēng)重裝置是其中不可或缺的計量工具之一。集現代 傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的電子秤， 具有稱(chēng)量快速、顯示直觀(guān)、不易磨損等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能夠 有效地消除人為誤差，使之更符合法制計量管理和工業(yè) 生產(chǎn)過(guò)程控制的應用要求，因而正逐漸取代傳統的機械 杠桿測量秤成為主流產(chǎn)品。本設計采用AT89C52單片機 為控制核心，結合電阻應變式壓力傳感器和A/D轉換芯 片HX711，設計出一種低成本、高性能的電子秤。

1.基于單片機控制的電子秤結構與原理

本設計中電子秤的結構如圖1所示，其原理為橋 式壓敏電阻傳感器將被測物體的重量轉換為模擬電壓 信號，電壓信號的強弱隨物重的大小而變化。NTC熱敏 電阻傳感器進(jìn)行環(huán)境溫度測量。A/D轉換芯片HX711 作為計量和NTC溫度補償的轉換器，將模擬電壓信號 轉換成數字信號，得到的數字量與物重成正比。 AT89C52單片機負責處理數字信號，并通過(guò)LCD顯示 物體的質(zhì)量。通過(guò)按鍵輸入被測物體的單價(jià)，單片機將 物重及單價(jià)經(jīng)過(guò)乘法運算產(chǎn)生總價(jià)，并在LCD顯示器 上顯示。此外，電子秤還可以將被測物體的質(zhì)量、單價(jià)、 總價(jià)等信息打印輸出。

2.硬件設計

2.1橋式壓敏電阻傳感器設計

圖2所示為橋式壓敏電阻傳感器，橋式壓敏電阻 傳感器主要利用電阻應變片形變，將相應的壓力轉換 成電參數的。電參數經(jīng)由濾波電路濾波之后輸入模數 轉換器。

2.2濾波電路

采用的復式濾波電路如圖3所示，把對交流阻抗 大的元件電感與負載串聯(lián)，以降落較大的紋波電壓，而 把對交流阻抗小的元件電容與負載并聯(lián)，以旁路較大的 紋波電流。其濾波原理與電容、電感濾波類(lèi)似，它實(shí)質(zhì) 上是電容濾波與一級LC濾波電路的組合?？蓽p小脈動(dòng) 成分，使輸出電壓更平滑，抗外部干擾性更好。

2.3 A/D轉換模塊設計

濾波之后得到的電壓信號是模擬信號。而單片機 處理的是數字信號。因此，模擬量要輸入到單片機中進(jìn) 行處理，首先要經(jīng)過(guò)模擬量到數字量的轉換。實(shí)現模/ 數轉換的部件稱(chēng)A/D轉換器。

設計中使用的重量傳感器為傳統的橋式傳感器， 這就要求模塊輸出位數至少為15位(215=32768：)，傳統 的8位模數轉換器已不能滿(mǎn)足要求。HX711是一款高 精度的24位A/D轉換器芯片，內置增益控制，精度高， 性能穩定。該芯片集成了包括穩壓電源、片內時(shí)鐘振蕩 器等外圍電路，具有集成度高、響應速度快、抗干擾性 強等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機成本，提高了整機的性 能和可靠性。因此，采用HX711作為本設計的A/D模 塊。A/D轉換模塊如圖4所示。

HX711的通道A模擬差分輸入可直接與橋式傳 感器的差分輸出相接。由于橋式傳感器輸出的信號較 小，為了充分利用A/D轉換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍，該通道 的可編程增益較大，為128或64。這些增益所對應的 滿(mǎn)量程差分輸入電壓分別±20mV或±40mV。通道B為 固定的32增益，所對應的滿(mǎn)量程差分輸入電壓為 ±80mV。通道B應用于溫度參數檢測。HX711通過(guò)采集 A通道的重量傳感器模擬量及B通道的溫度傳感器模 擬量后轉換成數據，以多位數據的串口傳輸形式，輸送 給單片機。串口通信線(xiàn)由管腳PD_SCK和DOUT組成， 用來(lái)輸出數據，選擇輸入通道和增益。

2.4溫度補償設計

橋式壓敏電阻傳感器為半導體，在輸入壓力的數值 不變的情況下，當工作溫度變化時(shí)將引起傳感器輸出發(fā) 生變化，傳感器的輸出信號產(chǎn)生溫度漂移，影響物體質(zhì) 量的測量精度。針對壓敏電阻傳感器溫度特性差的問(wèn) 題，本設計采用NTC環(huán)氧封裝熱敏電阻傳感器進(jìn)行環(huán)境 溫度測量，繼而可以對稱(chēng)重傳感器在當時(shí)溫度下（正常 使用溫度范圍內-30°C~70°C)的重量漂移進(jìn)行修正補償 處理。此修正補償系數，通過(guò)對應的溫度環(huán)境下以2Kg 標準砝碼作為標定(標定，即秤的重量校準）的值實(shí)際測 量數據得到。對應有一個(gè)R-T溫度阻值變化表，通過(guò)査 表法可推導出對應的環(huán)境溫度，即可用于秤體的溫度重 量補償和修正。R-T特性曲線(xiàn)示意圖如圖5所示。

2.5電源設計

本設計中的打印機的12V電源采用了 3A電流輸 出降壓開(kāi)關(guān)型集成穩壓芯片LM2576HVT-12方案，將 220V的交流電壓通過(guò)整流橋，濾波，再通過(guò)LM- 2576HVT-12集成穩壓管得到穩定的12V直流穩壓電源。另外為保障AD采集的穩定性，HX711芯片單獨使 用一路5V電源，該5V電源使用打印機的12V電源輸 入，通過(guò)LM1117-5.0 DC-DC穩壓芯片得到穩定的5V 電源，另一路5V電源供其他功能模塊使用，采用 LM1117-5.0 LDO穩壓芯片，共兩路5V電源。圖6為電 源轉換示意圖。

3.軟件設計

為了方便程序調試和提高可靠性，程序設計采用 自上而下、模塊化、結構化的程序設計方法，把總的編 程過(guò)程逐步細分，分解成一個(gè)個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模 塊相互獨立，每個(gè)模塊都能完成一個(gè)明確的任務(wù)，實(shí)現某個(gè)具體的功能。軟件設計流程圖如圖7所示。

4.結語(yǔ)

將電子技術(shù)的原理運用到曰常生活中，以解決實(shí)際生活和生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，設計出的產(chǎn)品就找到了 需求，從而會(huì )有更強的生命力。本文設計的電子秤融合 了微處理技術(shù)、傳感器技術(shù)和數字顯示技術(shù)，具有精度 高，抗干擾性強的優(yōu)點(diǎn)。