針對傳統電子秤功能單一、精度不高等問(wèn)題，結合傳感器、單片機和智能控制技術(shù)，設計了基于 AT89C52單片機和HX711模/數轉換芯片的多功能電子秤。進(jìn)行電子秤硬件、軟件的設計，制作了樣機，并 使用標準砝碼對樣機進(jìn)行了測試。

0.引言

隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，需 要用到稱(chēng)重儀器的場(chǎng)合越來(lái)越多，同時(shí)也對稱(chēng)重儀器 的要求也越來(lái)越高，只完成物重稱(chēng)量、精度不高的傳 統電子秤已遠不能滿(mǎn)足使用要求。因此，具有使用 方便、稱(chēng)重快速、計量準確、功能多樣、精度高、讀數方 便和價(jià)格便宜的電子秤，已成為稱(chēng)重儀器的發(fā)展方 向。以單片機為核心的控制技術(shù)在電子秤系統中的 應用，不僅可以實(shí)現對物品的精確稱(chēng)重，還能根據用 戶(hù)需求進(jìn)行單價(jià)設定及總價(jià)計量、累計、去皮、清零、 自動(dòng)待機和超重報警等功能，從而方便用戶(hù)，提高稱(chēng) 重效率，達到智能稱(chēng)重目的。

1.電子秤總體設計

電子秤總體設計結構如圖1所示。電子秤系統以 單片機為核心，由稱(chēng)重數據采集、鍵盤(pán)輸人、電源、液晶 顯示和聲光指示幾個(gè)模塊組成。數據采集模塊由 稱(chēng)重傳感器、信號放大電路和A/D轉換電路組成，主 要完成物品重量信息采集、處理并最終轉換為單片機 能識別的數字信號，稱(chēng)重傳感器將物品重力對傳感器 產(chǎn)生的微小形變量轉換為微弱的電信號，再經(jīng)過(guò)放大 電路進(jìn)行放大，達到A/D轉換電路能檢測的范圍,最 后經(jīng)A/D轉換后送人單片機，由單片機對稱(chēng)重數據進(jìn) 行處理，得到物品重量數字信號。為方便用戶(hù)，電子秤 具有計算和存儲功能,通過(guò)鍵盤(pán)設定物品單價(jià)，單片機 由物品重量數據和物品單價(jià)計算出物品總價(jià),液晶顯 示模塊完成物品重量、單價(jià)、總價(jià)等信息顯示。鍵盤(pán)模 塊主要用于參數輸入及功能選擇，如單價(jià)設定、去皮、 累計和清零等功能的操作。聲光指示用于指示用戶(hù)系 統待機、物品超重等指示。電源模塊為傳感器電路、A/ D轉換電路、液晶顯示電路和單片機等各模塊供電。

2.系統硬件設計

2.1傳感器的選擇及電路設計

選擇合適的傳感器，對電子秤的精度、穩定性、 成本有重要意義。目前，電子秤用傳感器主要有壓 電式、電容式和應變片式傳感器。應變片式傳感器 具有精度高、性能穩定、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，而得到廣 泛使用。本設計中，選擇具有溫度自補償功能的電 子衡器用電阻應變片為傳感器進(jìn)行設計。電阻應 變片在檢測物品重量時(shí)，粘接在稱(chēng)重裝置受力形變 較大的敏感部位（一般為金屬），并在金屬敏感部位 受力變形時(shí)電阻應變片同時(shí)發(fā)生形變，電阻應變片 發(fā)生電阻應變效應，使電阻應變片阻值發(fā)生變化， 其阻值大小的變化反映了重物質(zhì)量的大小。但 考慮到在電子秤設計中，金屬敏感部位受力形變太 大振動(dòng)也愈劇烈，其穩定所需時(shí)間也較長(cháng)，電子秤 稱(chēng)量時(shí)間也會(huì )加長(cháng)，所以實(shí)際應用中金屬敏感部位 受力形變量較小，電阻應變片的形變量也很小，其 阻值變化也非常小，阻值變化不方便精確測量，故 采用電路將對應變電阻的測量轉換為電壓的測量， 傳感器電路如圖2所示。綜合考慮電子秤設計，系 統選擇的稱(chēng)重傳感器靈敏度為2 mV/V、最大量程 為 5 kg。

該電路中，4個(gè)可變電阻為同參數電阻應變片， VCC為電源正極，GND為電源負極，U+和U_為 電壓輸出端，將對電阻的檢測轉換為對電壓的檢 測。并且電路是對稱(chēng)的，當無(wú)外力時(shí)，4個(gè)電阻應變 片阻值相等，輸出電壓U為零;應變片受力形變時(shí)， 2個(gè)應變片被拉伸阻值增大，另外2個(gè)應變片被壓 縮阻值減小，電路處于非平衡態(tài)，電路輸出電壓信態(tài)相同（如R1和R3，R2和R4收縮），故該 電路沒(méi)有線(xiàn)性誤差，電路檢測精度和靈敏度都較 高，精度為單個(gè)應變片工作時(shí)的4倍，并有抗溫度漂 移作用。另外，考慮到電子秤使用時(shí)間較長(cháng)，為防 止外界環(huán)境溫度、濕度變化對應變片的影響，需要 對粘接好的應變片用膠進(jìn)行密封，與外界隔離，提 高其測量穩定性。

2.2信號放大及A/D轉換模塊設計

物品重量信息經(jīng)稱(chēng)重傳感器電路轉換為電壓 信號后，由于應變片本身形變量較小故輸出電壓信 號變化也很小，不方便直接使用，輸出的電壓信號 需要放大后才能使用，而且該電壓信號放大后仍然 是模擬量信號，單片機無(wú)法識別，還需要將模擬量 信號轉換為數字信號后才能供給單片機使用，而在 此過(guò)程中，放大電路的精度、穩定性及A/D轉換的 精度，將直接影響電子秤的稱(chēng)重準確性、精度、反應 時(shí)間等主要參數。另外，單獨設計放大電路及A/D

也無(wú)法保障，故這里選擇高精度電子秤專(zhuān)用A/D轉 換芯片HX711來(lái)實(shí)現。

HX711芯片是專(zhuān)門(mén)用于電子稱(chēng)重系統的A/D 轉換芯片，其響應快、抗干擾力強和價(jià)格便宜，并具 有高達24位的轉換精度、最高128倍的放大倍數、 士40 mV的輸入電壓、上電自動(dòng)復位和自帶穩壓電 源等功能，能夠滿(mǎn)足本系統的設計需要，使用也很 方便?？芍苯訉?/span>HX711芯片模擬量輸入通道A與 電阻應變片傳感器電路連接，對傳感器電路輸出信 號進(jìn)行放大。其接線(xiàn)電路如圖3所示.

HX711芯片采用5 V直流電源供電，同時(shí)5 V 電源正極端連接HX711的AVDO端子作為芯片模 擬電源，并給傳感器電路供電，傳感器電路輸出模 擬電壓信號給HX711的A通道接口接收稱(chēng)重信號模擬量。B通道輸人端接熱敏電阻用于補償因溫度變化對應變電阻阻值產(chǎn)生的影響，提高數據采集的可靠性。PD-SCK和Dout端子各連接單片機1位I/O接口，單片機通過(guò)發(fā)出不同電平信號控制PD -SCK端電平狀態(tài)，控制A/D轉換，通過(guò)Dout端將稱(chēng)重數字信號發(fā)送給單片機，單片機接收到稱(chēng)重信號進(jìn)行處理，將其轉換為重量信息，并以此數據為基礎設計完成電子秤其他功能.

2.3鍵盤(pán)電路模塊

為了方便用戶(hù)在使用電子秤時(shí)進(jìn)行參數設定及功能選擇，需要進(jìn)行鍵盤(pán)電路模塊設計。這里采用標準4X4薄膜矩陣鍵盤(pán)。數字鍵0?9用來(lái)設定單價(jià)參數，*為小數點(diǎn)，A為“清零”功能按鍵，B為“累計”功能按鍵，C為“去皮”功能按鍵，D為“單位”切換功能按鍵，#為“存儲”功能按鍵。用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)按鍵進(jìn)行相應功能的操作。

2.4液晶顯示模塊

電子秤借助顯示屏告知用戶(hù)稱(chēng)重結果，為了更加直觀(guān)、方便、清晰地顯示稱(chēng)重信息，選用具有亮度高、漢字顯示功能的12864液晶顯示屏，可更加詳細、清晰地在一塊顯示屏上分行顯示物品重量、單

價(jià)、金額等信息，并可根據用戶(hù)需要，通過(guò)“單位”切換按鍵在“公斤”“斤”“千克”“克”之間切換。12864液晶顯示屏與單片機的連接如圖4所示。其中，單片機P0 口接顯示屏8位數據線(xiàn)，P2 口作為控制信號輸出端接顯示屏控制信號RS，R/W，E，RST。 vcc

2.5聲光指示模塊

為了使用方便和提醒用戶(hù)，設計了聲光指示模 塊，在待稱(chēng)物品重量超過(guò)電子秤最大量程時(shí)，蜂鳴 器連續響、紅色發(fā)光二極管閃爍，提醒用戶(hù)超重。 在長(cháng)時(shí)間沒(méi)有物品需要稱(chēng)重時(shí)，系統會(huì )進(jìn)入待機省 電模式,此時(shí)蜂鳴器響2 s，提醒用戶(hù)進(jìn)入待機模式。 聲光指示電路與單片機連接電路如圖5所示。

3.系統軟件設計

軟件是控制系統的靈魂，電子秤也是如此，只 有在軟件和硬件的相互協(xié)調、配合下系統才能正常 工作，實(shí)現電子秤功能。電子秤系統主程序流程如 圖6所示。

系統上電后，對各個(gè)模塊參數進(jìn)行初始化設 置，包括液晶顯示模塊、HX711模/數轉換模塊及數 據采集模塊的初始化，并自動(dòng)完成稱(chēng)重系統的自動(dòng) 校準清零。當有待稱(chēng)重物品放置在稱(chēng)重平臺時(shí)，則 稱(chēng)重傳感器電路有模擬量輸出，并送人HX711芯 片進(jìn)行放大、A/D轉換，轉換結束后將稱(chēng)重信息數 字信號送單片機存儲，并等待用戶(hù)操作鍵盤(pán)輸人相 應的控制指令和參數，系統執行相應的控制功能子 程序后將計算結果送12864液晶顯示器顯示，當檢 測到物重超過(guò)電子枰最大量程時(shí)，聲光指示電路工 作，二極管閃爍、蜂鳴器響，提醒用戶(hù)超重。在稱(chēng)重 過(guò)程中，如果超過(guò)1 min檢測到?jīng)]有待稱(chēng)重物品，系 統自動(dòng)進(jìn)人待機省電模式，顯示屏關(guān)閉，當有重物 放置時(shí)退出待機省電模式，進(jìn)人工作狀態(tài)。

4.實(shí)驗結果及分析

根據設計的硬件和軟件制作的電子秤實(shí)物如 圖7所示。并對樣機進(jìn)行了測試，通過(guò)標準砝碼與 樣機測試結果進(jìn)行對比，測試數據如表1所示.

從實(shí)驗數據可以看出，設計制作的電子秤能夠 完成對物品稱(chēng)重的功能，并且最大誤差僅為0. 1 g, 滿(mǎn)足普通場(chǎng)合對稱(chēng)重儀器精度要求。

5.結束語(yǔ)

以AT89C52單片機為核心，應用稱(chēng)重傳感器 及電子秤專(zhuān)用A/D轉換芯片HX711設計制作的電 子秤，具有單價(jià)設定、累計、清零、數據存儲、自動(dòng)待 機和超重報警等多種功能，其稱(chēng)量范圍為5 kg,測 量誤差為0.1 g。經(jīng)試驗，該電子秤具有使用方便、 計量準確、體積小、響應快、稱(chēng)重效率髙、工作穩定、 功能多樣和性?xún)r(jià)比高特點(diǎn)，具有較高的應用價(jià)值.