采用PE-2型壓力傳感器，以單片機STC89C51RD為核心，液晶LCD1602為顯示模塊，設計了 —種便攜式電子秤。PE-2傳感器采集的數據送24位AD轉換芯片HX711，轉換后的數據送到單片機 STC89C51RD處理，并由LCD1602顯示。軟件采用功能模塊化設計，通過(guò)主程序調用子程序實(shí)現各功能。

0.引言

稱(chēng)重技術(shù)是工業(yè)控制系統的重要組成部分，它 起到了改善經(jīng)營(yíng)管理、降低能耗和提高產(chǎn)品質(zhì)量等 作用。電子秤是將傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和信息 處理技術(shù)等融為一體的一種新型智能計量設備，與 傳統機械秤比較，電子秤具有重量輕、體積小、價(jià)格 低、結構簡(jiǎn)單、性能穩定、維護方便和實(shí)用價(jià)值強等 優(yōu)點(diǎn)。目前，電子秤廣泛應用于科研、工農業(yè)、內 外貿易等各個(gè)領(lǐng)域。在此，在考慮性?xún)r(jià)比和精度 的前提下設計一款便攜式電子秤。

1.系統硬件設計

系統硬件以單片機為核心，外圍主要有傳感器模塊、電源模塊，鍵控電路和顯示電路。其中，數據 采集模塊由壓力傳感器、信號調理和模數轉換部分 組成，壓力傳感器采集的信號經(jīng)A/D轉換送給控制 器處理，由控制器完成對該被測數據的處理，按鍵 掃描和驅動(dòng)顯示模塊。在設計時(shí)，充分考慮到實(shí)用 性及成本的可行性的前提下，設計完成了的電子秤 方案，系統組成如圖1所示。

1.1數據采集模塊

數據采集模塊包括傳感器和模數轉換電路，其 中，傳感器選用PE-2型稱(chēng)重傳感器，模數轉換器選 用A/D轉換器芯片HX711。

1. 1. 1 PE-2型稱(chēng)重傳感器

系統采用PE-2型稱(chēng)重傳感器，其量程有1? 100 kg可選。PE-2型傳感器在制作時(shí)已通過(guò)四角 調整，其在規定的受載平面內各點(diǎn)輸出一致，其內 部采用惠斯通電橋結構，工作時(shí)信號不受導線(xiàn)的分 布電容和各元件的影響，以及溫度變化的影響，具 有抗干擾能力強、測量精度高、工作穩定等優(yōu)點(diǎn)。 圖2中虛線(xiàn)框內為PE-2型稱(chēng)重傳感器，其為橋路結 構，橋路4只應變片貼在懸臂梁上。工作過(guò)程：當被 測重量作用于懸臂梁使其變形，貼在懸臂梁上的應 變片同步變形，阻值隨之變化，橋路輸出與被測重 量成正比的電壓。橋臂每個(gè)應變片阻值變化ARt《 尺，初始值只1 = R2 = R3 = R4，且電橋輸出電阻無(wú) 窮大時(shí)，電橋輸出電壓U0為：

 式（1)只要滿(mǎn)足2個(gè)橋臂阻值增大，另2個(gè)橋臂 阻值減小即可，從式（1)可知，橋路輸出電壓與應變 電阻值變化呈線(xiàn)性關(guān)系。

1.1.2 A/D轉換芯片選擇

PE-2型傳感器輸出經(jīng)放大器放大后達到標準 信號（4?20 mA，1?5 V)后，需要經(jīng)模數轉換送單 片機。為了提高測量精度，系統采用HX711型模/ 數轉換器芯片，HX711是一款電子秤專(zhuān)用24位的 高精度模數轉換器芯片。該芯片內部集成片內時(shí) 鐘振蕩器、穩壓電源等，具有響應速度快、抗干擾性 強等優(yōu)點(diǎn)。HX711使用簡(jiǎn)單，芯片內部的寄存器 不用編程。其內部含有可編程低噪聲放大器，直接 與輸入選擇開(kāi)關(guān)連接，選擇開(kāi)關(guān)對應A、B 2個(gè)通 道，根據需要可任選通道。A通道可編程增益有 128或64兩檔；B通道只有64 -檔。芯片HX711 內部電源可以直接向外部傳感器提供電源，芯片內 含有時(shí)鐘振蕩電路，直接使用無(wú)需外接元件。PE- 2、HX711芯片與單片機間接口電路如圖2所示。

1.2電路設計

系統各功能模塊所需供電電壓均為5 V電壓，為了保證系統穩定可靠性，使用方便，采用獨 立電源供電方式。9V高能電池儲能量大，使用周 期長(cháng)，其經(jīng)三端穩壓器件LM7805作為系統電源 的穩壓器件，以保證系統電壓為穩定的直流5 V 電壓。電源輸出接口加上LED電源指示燈，用來(lái) 判定電源是否正常工作。該系統電源電路如圖3 所示。電路中LED用作電源指示，其亮滅代表電 源工作與否,R為1 kf!，起限流作用，以保證LED 不被燒壞。

1.3單片機控制模塊

考慮到功耗及成本因素，選用STC89C51RD單 片機為處理核心。STC89C51RD構成的最小系統 如圖4所示，其以STC89C51RD為核心，包含晶振 模塊和復位。系統晶振模塊選用12 MHz石英晶 振，晶振并聯(lián)2個(gè)30pF電容，起快速起振和穩定頻 率作用，該電路為單片機提供時(shí)鐘脈沖。復位電 路是用來(lái)讓單片機處理器返回到初始狀態(tài)的輔助 電路，由10 uF電容、.7 歐姆電阻和按鍵S構成，系 統可通過(guò)上電復位也可通過(guò)按鍵復位。當系統出 現死機或程序跑飛時(shí)，通過(guò)復位電路讓系統重新工 作。本系統采用復合復位，可按鍵復位也可上電復 位。單片機STC89C51RD的P1. 0、P1. 1端口為 A/D芯片HX711預留，P0、P2. 5?P2. 6為液晶 LCD1602 預留。

1.4液晶顯示模塊

在單片機智能系統中，LCD1602 —種常用液晶 顯示模塊，其功耗低、壽命長(cháng)、性能穩定。

LCD1602主要技術(shù)參數：顯示容量，16X2個(gè)字 符；芯片工作電壓為4. 5?5. 5 V;工作電流為2. 0mA(5. 0 V)模塊最佳工 作電壓為5. 0 V;字符尺 為 2. 95 mm X 4. 35 mm (WXH )。LCD1602 使 用極為方便，其管腳分為 控制端口、數據端口、調 整端口和電源端，其中調 整端口需外接10 k歐姆電 位器，通過(guò)電位器調節顯 示字符亮度。LCD顯示圖5 LCD1602接口電路

模塊接口電路如圖5所示。

1.5超重報警電路

為了防止稱(chēng)重測量超出范圍損壞傳感器，設置了 超限值報警提示。報警指示電路如圖6所示。當稱(chēng)重 超限時(shí)，在STC89C51RD的P2. 0端口產(chǎn)生低電平0，加 在由三極管9012(PNP型)基極上，驅動(dòng)蜂鳴器，使其產(chǎn) 生報警聲；當稱(chēng)重在安全范圍內，在STC89C51RD的 P2.0端口產(chǎn)生低電平1，加在由三極管9012(PNP型） 基極上，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)聲。

2.系統軟件設計

系統軟件采用了模塊化結構，軟件主要分為主 程序和子程序。子程序含有毫秒級延時(shí)子函數、 模/數數據采集子函數、軟件濾波子程序和LCD顯 示子函數。系統主函數流程如圖7所示。單片機上 電后，系統首先自檢初始化，并完成系統變量定義 和變量賦地址等，運行中先調用模/數轉換子函數， 將模/數采集的24位二進(jìn)制串行數據轉化為十進(jìn) 制，然后系統標定和調零，調用LCD顯示子函數（將 對應的數據傳送對應的地址顯示）。

壓力傳感器采集輸出的信號為微弱信號，易受 到外界因素的干擾。多種誤差綜合影響系統測量 精度，設計時(shí)考慮了這些造成誤差的因素。在進(jìn)行 軟件設計時(shí)，通過(guò)補償系統誤差，進(jìn)一步提高系統 精度。方法是將采集的數據先取10個(gè)值進(jìn)行累加， 計算出平均值，將每次所得的數據替換已有的數 據，并重新計算平均值，最后所得到的值，即為需要 顯示的真實(shí)值。

3.系統測試

在進(jìn)行標定的過(guò)程中，首先需要1組砝碼作為 基準。依次增大砝碼的質(zhì)量，使砝碼的重心在傳感 器測試區的中心。待顯示值穩定后，記下顯示值。 通過(guò)多次重復測量并記錄砝碼的實(shí)際重量和系統 所測量的值，砝碼由輕到重一次連續增加，不要進(jìn) 行中途撤去砝碼。由于PE-2型稱(chēng)重傳感器靈敏度 較高，為避免裝置振動(dòng)造成的誤差，傳感器在水平 方向必須固定牢靠。另外，傳感器的引線(xiàn)也很靈 敏，稍微觸動(dòng)一下，也會(huì )產(chǎn)生誤差。由表1測量數據 可知，系統最大相對誤差小于0. 4%。

4.結束語(yǔ)

采用單片機技術(shù)與傳感器技術(shù)，設計了電子 秤，使其整體重量輕、體積小、結構簡(jiǎn)單、使用簡(jiǎn)便。 經(jīng)測試表明，系統具有可靠性高、準確度高、抗干擾 能力強和成本低等優(yōu)點(diǎn)，可在家用、商用和實(shí)驗室 等各種場(chǎng)合推廣應用。