新疆地區是我國最主要的棉花生產(chǎn)基地，新疆部分高校每年都會(huì )組織學(xué)生去棉田摘棉花。為了減少因重量而發(fā)生 的糾紛，且方便統計每位學(xué)生的產(chǎn)量，該設計通過(guò)使用單片機STC12C5A60S2、稱(chēng)重傳感器實(shí)現電子秤。通過(guò)使用 GSM模塊實(shí)現將電子秤的數據傳至遠程電腦中的功能。通過(guò)對其外形進(jìn)行設計，使其具有體積小、易攜帶等特點(diǎn)。

0.引言

新疆擁有最適于棉花種植的自然環(huán)境條件，日照 充足，晝夜溫差大，這為棉花的健康生長(cháng)提供了我國其 他棉花生產(chǎn)地區所不及的良好條件。因此，新疆種植棉 花有較大優(yōu)勢，近幾年來(lái)，新疆棉花的總產(chǎn)量占全國產(chǎn) 量的30%左右，占全球產(chǎn)量8%左右，成為全國舉足輕 重的棉花產(chǎn)區。棉花及相關(guān)產(chǎn)業(yè)為自治區提供的稅收， 約占自治區全部財政收人的15%。正是棉花產(chǎn)業(yè)的崛 起，改變了新疆農業(yè)在全國經(jīng)濟格局中的戰略地位。新 疆農業(yè)大學(xué)自建校以來(lái)，在王震將軍的號召下具有支 農勞動(dòng)的光輝傳統，是學(xué)校加強學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的重要 手段，每個(gè)學(xué)生都有相應的任務(wù)分配，在以往的支農勞 動(dòng)中，需要逐一稱(chēng)重，人工統計每個(gè)學(xué)生具體任務(wù)的完 成情況，耗時(shí)耗力。目前，棉花的種植面積和效益都在 逐年大幅度的攀升，但是，隨著(zhù)棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，棉花 的重量準確性與質(zhì)量安全問(wèn)題引起了人們普遍關(guān)注， 構建一個(gè)更加有效率的稱(chēng)重系統對于新疆農業(yè)大學(xué)的 師生們顯得尤為重要。這個(gè)系統對提高稱(chēng)重效率，實(shí)現 快速統計，保證棉花質(zhì)量，保證棉農和師生權益起著(zhù)重 要的意義。

棉花質(zhì)量追溯系統包括從生產(chǎn)到加工、包裝、儲 藏、運輸和銷(xiāo)售等部分，棉花重量采集系統與棉農身份 采集是棉花追溯系統數據采集中重要的組成部分。棉 花追溯系統的采集部分是通過(guò)RFID技術(shù)將棉農身份 與棉花采集的棉花信息包括重量、品級等信息進(jìn)行整 合，生成帶有這些信息的二維條碼，封裝在棉農所產(chǎn)的 棉花上，從而實(shí)現棉花的溯源。

1.硬件設計方案

1.1 STC12C5A60S2

采用51系列加強型STC12C5A60S2作為主控器件，其優(yōu)點(diǎn)是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8~12 倍，內部集成MAX810專(zhuān)用復位電路，2路PWM，8路高 速10位A/D轉換(25萬(wàn)次/秒)。用戶(hù)可將任何一路設 置為A/D轉換，不需作為A/D使用的口可繼續作為 I/O 口使用。此方案最大的特點(diǎn)是系統規?？梢宰龅煤?/span> 小，成本較低，操作控制簡(jiǎn)單。

1.2稱(chēng)重傳感器

傳感器是測量機構最重要的部件。稱(chēng)重傳感器實(shí) 際上是一種將質(zhì)量信號轉變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的 裝置。本設計采用電阻應變式壓力傳感器，其主要由彈 性體、電阻應變片電纜線(xiàn)等組成，內部線(xiàn)路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，電阻應變片（轉 換元件、受到拉伸或壓縮應變片變形后，它的阻值將發(fā) 生變化(增大或減小），從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應 的差動(dòng)信號，供后續電路測量和處理。

1.3 GSM模塊

GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存 儲器、功放器件等集成在一塊線(xiàn)路板上，具有獨立的操 作系統、GSM射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功 能模塊。從功能上看主要由4部分組成：GSM基帶處理 器、GSM 射頻部分、電源 A-SIC (Application Specific Integrated Circuit)、Flash，如圖 1 所示。TC35i GSM 模塊 工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流 3.3-4.8V ,支持數據、語(yǔ)音、短消息和傳真，通過(guò)接口連 接器和天線(xiàn)連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線(xiàn)。SIM 電壓為3V/1.8V，TC35i通過(guò)AT命令可雙向傳輸指令 和數據，可選波特率為300b/s?115kb/s ,自動(dòng)波特率為 1.2kb/s ~115kb/s。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS (Short Message Service,短消息）,可通過(guò)AT命令或關(guān)斷 信號實(shí)現重啟和故障恢復。在本系統中，電子秤和電腦 兩端都分別接有西門(mén)子的TC35i GSM模塊，電子秤將 采集到的數據通過(guò)GSM模塊發(fā)送到連接電腦的GSM 模塊中，經(jīng)過(guò)GSM的RS232串口將數據提取出來(lái)，供 后續處理.

數據接口： TC35的數據輸人/輸出接口實(shí)際上是一 個(gè)串行異步收發(fā)器，它符合ITU-T RS232接口標準，它 有固定的參數：8位數據位和1位停止位，無(wú)校驗位，硬 件握手信號用RTS0/CTS0,軟件流量控制用XON/XOFF, CMOS電平。

引腳功能:TC35共有40個(gè)引腳，第1~14腳為電源 部分，其中1-5為電源電壓輸人端Vbatt+，6-10為電源 地GND, 11、12充電引腳，13對外輸出電壓（共外電路 使用），24-29為SIM卡引腳，5、30、31和32腳為控制 部分.

1.4硬件設計框架

矩陣鍵盤(pán)主要用于輸人個(gè)人信息和計算金額，在 稱(chēng)重之前，通過(guò)鍵盤(pán)手動(dòng)輸人個(gè)人信息，當被測物體重 量得到后，用戶(hù)可以通過(guò)矩陣鍵盤(pán)輸人單價(jià)，電子秤自 動(dòng)計算總金額并將重量等信息添加到屬于當前的用戶(hù) 中，同時(shí)在LCD液晶顯示屏中顯示相關(guān)數據，最后將 數據通過(guò)GSM模塊發(fā)送到指定接收端。電源系統給 STC12C5A60S2、傳感器和GSM模塊供電，如圖2所示。

2.外形設計

2.1材料選擇

電子秤整體框架使用聚酯系和聚丙烯系兩種材料 合成的塑料，這種材質(zhì)主要應用在汽車(chē)塑料保險杠中， 它具有強度、剛性和裝飾性，而且涂裝性能好，可以減 輕電子稱(chēng)重裝置的重量，具有耐用，易攜帶的特點(diǎn)。

2.2外觀(guān)設計

GSM電子秤方便攜帶，節省占用空間，通過(guò)折疊可 形成整體外觀(guān)是一個(gè)底面積為45cmx30cm，筒為15cm 的箱子，外表整潔美觀(guān)，如圖3所示。圖中實(shí)線(xiàn)部分表 示外觀(guān)整體框架，虛線(xiàn)部分表示盒子內部的具體結構在底座的四個(gè)防滑吸盤(pán)可通過(guò)掛鉤連接背帶，背帶的 長(cháng)度根據需要可以自己調整，攜帶過(guò)程中可以像雙肩 背包一樣背在后背上，如圖4所示。在農業(yè)使用中，與 現有電子秤相比克服了人力遠程攜帶的麻煩。

在使用電子秤時(shí)先將背帶拆下，調節防滑吸盤(pán)，使 電子秤處于水平狀態(tài)，將電子秤外殼展開(kāi)，可擴充底座 托盤(pán)的大小，使裝好的棉花與托盤(pán)接觸面積增大，更加 方便稱(chēng)重，如圖5所示。圖中虛線(xiàn)部分為展開(kāi)的外殼, 外殼展開(kāi)后可為托盤(pán)增加25cmx40cmx2的面積。

搬動(dòng)可旋轉的支架，使折疊在一起的支架展開(kāi)成電子秤工作時(shí)的狀態(tài)，也可根據自己的使用習慣調節 角度，如圖6所示。

3.系統的軟件設計及流程圖

依據系統各部分的功能，結合結構化設計的思想, 系統軟件可分為如下模塊：

(1)根據模塊化的設計形成的系統初始化，包括數 據初始化，端口初始化，液晶顯示初始化，定時(shí)器初始 化，GSM初始化，如圖7所示。

(2)矩陣鍵盤(pán)設定模塊：包括鍵盤(pán)掃描，輸人數據 并保存，中斷控制的設計。如圖8所示。

(3)稱(chēng)重傳感器的數據采集模塊:通過(guò)A/D轉換將 采集到具有重量信息的模擬信號轉換為數字信號。當 超過(guò)量程時(shí)，啟動(dòng)報警模塊，如圖9所示。

(4)稱(chēng)重信息的顯示模塊：包括顯示重量信息，顯 示計算后的總價(jià)，顯示屬于相應的編號，顯示統計后的 信息。如圖10所示。

(5)電子秤端GSM發(fā)送數據模塊和電腦端接收數 據模塊：發(fā)送端包括發(fā)送中斷響應，設置短信模式等。 如圖11所示。接收端包括接收中斷響應，數據解碼，判 斷存儲狀態(tài)等。如圖12所示。

（6）TC35-AT指令模塊：

AT+CPMS優(yōu)先信息存儲。這個(gè)命令定義用來(lái)讀寫(xiě) 信息的存儲區域。

AT+CMGF優(yōu)先信息格式。執行格式有TEXT方式 和PDU方式。

AT+CSAS保存設置。保存+CSAS和+CSMP的參

數。

AT+CMGL列出存儲的信息。AT+CMGS發(fā)送信息

AT+CSMP設置文本模式的參數。

AT+CMGD刪除短信息。刪除一個(gè)或多個(gè)短信息。 AT+WMSC信息狀態(tài)(是否讀過(guò)、是否發(fā)送等等)修正。

4.使用方法

與現有電子稱(chēng)量裝置稱(chēng)重類(lèi)似，在稱(chēng)重之時(shí)學(xué)生 手動(dòng)輸人自己的編號，系統會(huì )將編號、產(chǎn)量等數據信息保存到系統中，自動(dòng)將記錄的編號擴大1000倍后再與 重量值相加（本設計量程不超過(guò)150公斤，所以重量值 不會(huì )超過(guò)3位數字）。通過(guò)GSM模塊將統計好的數據輸到電腦的接收端。在逐一過(guò)秤之后，接收端的電腦 會(huì )自動(dòng)生成統計后的數據，電腦將傳過(guò)來(lái)的數據除以 1000，得到的商為編號，余數為重量值。最后整理成文 本的形式，可以馬上整理出當日學(xué)生的總產(chǎn)量、均產(chǎn)量 及最高產(chǎn)量者，節約人力和時(shí)間，做到高效率。如圖13所示。

5.結語(yǔ)

本設計具有攜帶方便，易于操作的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)測 試，本重量采集系統測量精度可達5g，可實(shí)現稱(chēng)重、計 算價(jià)格、統計總量，發(fā)送數據等主控功能。在本設計中 還采用漢字液晶屏顯示個(gè)人信息、稱(chēng)重重量、單價(jià)、總 價(jià)等信息。采用4x4矩陣鍵盤(pán)進(jìn)行人機交互，操作便 捷，將得到具有個(gè)人信息的數據通過(guò)GSM模塊發(fā)送到 電腦中，供后期處理，并具有超量程報警功能，降低功 耗，延長(cháng)電量的使用時(shí)間。對電路器件進(jìn)行設備的合理 安置，節約空間，由此可推廣到郵遞等物流公司及時(shí)將 進(jìn)出貨物的相關(guān)信息傳到后臺，可滿(mǎn)足正常使用需求。