智能電子秤給人們的經(jīng)濟生活帶來(lái)了極大的便利，受到廣大用戶(hù)的青睞。木文以MSP430單片機為核心，通過(guò)一系 列軟硬件設計,實(shí)現了小重量物體的稱(chēng)重功能，并通過(guò)液晶顯示模塊和基于ISD1760的語(yǔ)音模塊實(shí)現稱(chēng)重數字化顯示并精 確語(yǔ)音播報功能。系統以編程后的單片機為控制核心，物體的重量通過(guò)HX711傳感器稱(chēng)重模塊轉化為電信號，并經(jīng)由AD 轉換，將信號輸送給LCD液晶顯示模塊和ISD1760語(yǔ)音播報模塊，從而將實(shí)際稱(chēng)得的重量實(shí)時(shí)通過(guò)LCD顯示并語(yǔ)音播報。

智能電子秤按照設計要求，應分為數據采集模塊、控制器 模塊、人機交互液晶顯示界面三大模塊。在功能擴展上，還可 以增加一個(gè)語(yǔ)音播報功能使電子秤的設計更人性化智能化。 基于此，木系統的實(shí)現包含硬件和軟件設計兩大部分，具體以 MSP430單片機為核心控制器，以電阻應變式壓力傳感器后接 HX711模塊實(shí)現信號轉換、采集和放大，從而將物體重量轉換 成單片機可處理的電壓信號。將處理好的電壓信號送到LCD 顯示模塊和基于ISD1760的語(yǔ)音播報模塊，在這之前需要先將 合成的語(yǔ)音片段按地址存人到ISD1760芯片中，記錄每一個(gè)語(yǔ) 音片段的地址，從而通過(guò)程序調用，實(shí)現按照實(shí)際稱(chēng)重值進(jìn)行 語(yǔ)音播報。

1.系統硬件設計方案

1.1系統硬件工作原理

該系統硬件主要包括單片機最小系統、基于HX711傳感器 稱(chēng)重模塊、LCD顯示模塊和基于ISD1760的語(yǔ)音播報模塊，其 中，單片機最小系統板是M430G2553開(kāi)發(fā)板，傳感器稱(chēng)重模塊 采用雙孔懸臂平行梁應變式稱(chēng)重傳感器。顯示模塊采用IN- EX-GLCD5110，語(yǔ)音模塊采用ISD1760芯片加外圍擴展構成。 系統硬件控制電路總體框圖如下圖1所示：

系統的工作原理為：首先通過(guò)USB線(xiàn)給整個(gè)系統供電，然 后將寫(xiě)好的程序寫(xiě)人M430單片機中，將單片機的引腳信號加 載到稱(chēng)重模塊、LCD顯示模塊和語(yǔ)音播報模塊，從而使整個(gè)系 統工作起來(lái)。當有物體放到秤臺上時(shí)，即可顯示并播報重量。

1.2系統硬件設計

1.2.1單片機最小系統模塊

MSP430系列單片機是一個(gè)16位的單片機，采用了精簡(jiǎn)指 令集(RISC )結構，具有豐富的尋址方式(7種源操作數尋址、4 種目的操作數尋址）;大量的寄存器、片內數據存儲器及高效的 査表處理指令使其具有較高的處理速度，在8MHz晶體驅動(dòng)下 指令周期為125 nS，這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程 序。

1.2.2基于HX711的傳感器稱(chēng)重模塊

1）基本器件介紹

HX711傳感器模塊由帶128倍增益的24bit AD模塊、20Kg

壓力傳感器組成，通過(guò)對應端口連接到單片機的控制端，實(shí)現 對物體重量的測量。各模塊與HX711連接示意圖如下圖2所 示：

圖2各模塊與HX711連接示意圖

2)基木原理講解

①20kg傳感器

滿(mǎn)量程輸出電壓=激勵電壓*靈敏度2.0mv/v

②HX711模塊對產(chǎn)生的5mV電壓進(jìn)行采樣。

步驟1:如何計算傳感器供電電壓

HX711可以在產(chǎn)生VAVDD和AGND電壓，即HX711模塊 上的E+和E-電壓。

該電壓通過(guò)VAVDD=VBG(R1 +R2 )/R2計算。

步驟2:如何計算AD輸出最大值

在4.3V的供電電壓下20Kg的傳感器最大輸出電壓是 4.3v*2mv/V = 8.6mV

經(jīng)過(guò)128倍放大后，最大電壓為8.6mV*128 = 1100.8mV 經(jīng)過(guò)AD轉換后輸出的24bit數字值最大為:550.4mV*224/ 4.3V 疋 4294967步驟3:程序中數據如何轉換

程序中通過(guò)HX711_Buffer = HX711_Read();獲取當前采樣 的AD值，最大4294967，存放在long型變量HX711_Bfer中， 因long型變量計算速率和存放空間占用資源太多，固除以 100，縮放為int型，便于后續計算。

Weight_Shiwu = HX711_Buffer/100;Weight_Shiwu 最大為 42949。

步驟4:如何將AD值反向轉換為重力值。

假設重力為xKg，（x<20Kg),測量出來(lái)的AD值為y 20Kg傳感器輸出，發(fā)送給AD模塊兒的電壓為AKg * 8.6mV / 20Kg = 0.43A mV

經(jīng)過(guò)128倍增益后為128 * 0.43A = 55.04AmV 轉換為24bit數字信號為55.04 A mV * 224 / 4.3V = 214748.3648A

所以 y = 214748.3648A /100 = 2147.483648 A 因此得出 A = y/ 2147.483648 Kg-y/2.15g 連接好的稱(chēng)重模塊如下圖3所示。

1.2.3基于ISD1760的語(yǔ)音播報模塊

ISD1700系列芯片內部包括：麥克風(fēng)前置擴大器、自動(dòng)增 益控制、揚聲器驅動(dòng)線(xiàn)路、振蕩器與內存等全方位整合系統功 肯巨。

在木設計中，為實(shí)現語(yǔ)音播報功能須事先將需要的聲音

通過(guò)線(xiàn)錄的方式存人芯片內，當將此模塊連進(jìn)系統后則可直接 通過(guò)程序調用語(yǔ)音。連接好的語(yǔ)音播報模塊實(shí)物圖如下圖4 所示。

2.系統軟件設計方案

2.1軟件功能設計目標

稱(chēng)重是系統的核心，語(yǔ)音播報是亮點(diǎn)。因此木次軟件開(kāi)發(fā) 在Windows系統TI CCS平臺下采用模塊化設計，包括主程序， 傳感器處理子程序，LCD液晶顯示子程序及ISD1760語(yǔ)音芯片 驅動(dòng)子程序等。

稱(chēng)重傳感器數據處理子程序是通過(guò)稱(chēng)重傳感器的模擬信 號進(jìn)行放大，AD轉換來(lái)讀取稱(chēng)重值。LCD顯示子程序主要用 來(lái)直觀(guān)顯示稱(chēng)重值。語(yǔ)音播報程序是在獲得稱(chēng)重值之后將稱(chēng) 重值報讀出來(lái)，主要是通過(guò)SPI總線(xiàn)對語(yǔ)音芯片ISD1760進(jìn)行 操作。程序流程結構如上圖5所示。

2.2系統軟件設計

2.2.1 Altium Designer 軟件使用

使用Altium Designer繪制單片機最小系統、稱(chēng)重模塊、LCD 顯示模塊電路原理圖、PCB圖：

如圖7、8所示。

2.2.2用CCS軟件編寫(xiě)單片機控制程序

{ Weight_Shiwu=0;

HX711_Buffer = HX711_Read();

HX711_Buffer= HX711_Buffer/100;

Weight_Shiwu = HX711_Buffer;

//獲取實(shí)物的AD米樣數值Weight_Shiwu=(un- signed int)((float)Weight_Shiwu/2.15+0.5);}

//芯片IO初始化 voidI0_initial(void)

{ P2DIR &=~ BIT2;//設置為輸入 P2DIR |= BIT0+BIT1;

P1DIRI=BIT5;//設置為輸出 DISENISD1760_SS;

ISD1760_SCLK_H;

ISD1760_M0SI_L;

}

3.系統測試及總結

3.1系統測試方案

msp430采用TI MSP430 LunchPad最小系統板，不必進(jìn)行 測試。對ISD1760語(yǔ)音模塊測試，焊接了由STC89C51RC(調試 及錄音用)與ISD1760芯片組成的語(yǔ)音板，利用上位機軟件進(jìn)行 了 ISD1760器件復位，上電，錄音，獲取錄音地址，播放錄音等 調試，以便將SPI通信移植到MSP430上。系統整體硬件連接 實(shí)物圖如上圖6所示。

3.2項目總結

經(jīng)過(guò)多次20kg以下重物稱(chēng)重測試，該系統重復稱(chēng)重精度能 達到III類(lèi)標準，液晶顯示功能正常，語(yǔ)音播報及時(shí)準確，較好 的達到了預期效果。存在的不足是傳感器有時(shí)信號傳遞不穩定，稱(chēng)重誤差較大。如果改用高精密度的傳感器，效果定會(huì )明 顯改善。

該系統操作簡(jiǎn)單，性能穩定，硬件選配合理，價(jià)格低廉，且 易于擴展。軟件部分加人了人性化設計，如超重報警，語(yǔ)音播 報等特色功能，智能化、自動(dòng)化程度較高。同時(shí)該系統可擴展 性較強，通過(guò)對軟硬件的修改或擴展，如添加鍵盤(pán)等，即能設計 出富有特色的計價(jià)秤、電子臺秤等，因此具備一定的工業(yè)應用 價(jià)值。