介紹一款以STC89C52RC單片機為控制器，利用電阻應變片為稱(chēng)重傳感器的電子稱(chēng)設計方法。受力改變應變片的阻 值，進(jìn)而改變輸出電壓。通過(guò)建立數學(xué)模型，使輸出電壓與壓力成線(xiàn)性關(guān)系，從而得到物體質(zhì)量。稱(chēng)重傳感器在受到壓力時(shí) 形變量小，輸出的電壓信號微弱，采用高精度轉換芯片HX711將信號放大并進(jìn)行模數轉換，使轉換數值與物重相對應，并用 12864液晶屏顯示。根據現實(shí)需求，電子稱(chēng)可實(shí)現計價(jià)和超重報警等功能。

1.引言

電子稱(chēng)是目前電子設計的一個(gè)熱門(mén)課題，它在日 常生活、環(huán)境保護、工農業(yè)生產(chǎn)、國防和科研等領(lǐng)域應用廣 泛。隨著(zhù)集成電路技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有很 多基于數?；旌想娐返碾娮臃Q(chēng)設計。設計一般采用電 阻應變片作為稱(chēng)重傳感器，由于應變片具有一定的非線(xiàn) 性，使得測量精度受到一定限制。研制造價(jià)低、精度高、功 能強的電子稱(chēng)是電子工程師一貫追求的目標。

本文設計的電子稱(chēng)如圖1所示，該系統以 STC89C52RC芯片為主控單元，并由稱(chēng)重傳感器、信號放 大和模數轉換器和顯示器等部分構成。特別地，通過(guò)采用 高精度AD轉換芯片HX711和電阻應變片組成的全橋電 路，提高了稱(chēng)重精度和抗干擾能力。

2 .理論基礎

2.1稱(chēng)重傳感器原理

電阻應變式傳感器是將被測量的力通過(guò)金屬彈 性形變轉換成電阻變化的器件，由電阻應變片和測量電 路兩部分組成。本文采用的是電阻應變片，電阻絲排成 網(wǎng)狀以獲得高阻值，電阻絲兩端引出導線(xiàn)，線(xiàn)珊上面有覆 蓋層，起保護作用。電阻應變片的工作原理是基于電阻 應變效應，即在導體產(chǎn)生機械形變時(shí)，它的電阻值發(fā)生相 應改變。

設有一根電阻絲，它在未受力時(shí)的原始電阻值為：

3.硬件設計

物體的重量使傳感器發(fā)生形變，阻抗就會(huì )發(fā)生變化， 產(chǎn)生一個(gè)變化的模擬信號，該模擬信號需要由放大電路放 大后輸入到模數轉換器，轉換為數字信號后輸入到微處理 器處理。微處理器根據鍵盤(pán)命令以及程序將結果輸出到 顯示器上，如圖3所示。

3. 1單片機STC89CS2RC最小系統

STC89C52RC是一種低功耗、高性能CMOS8位微控 制器，具有8K字節系統可編程Flash存儲器、512字 節RA、32位I/O 口線(xiàn)、內置4 KB EEPROM、個(gè)16位定 時(shí)器/計數器、個(gè)外部中斷結構和全雙工串行口。另夕卜， STC89C52RC可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，可選擇節電模 式。圖4所示為STC89C52RC的最小系統，是片內有 ROM/EPROM的單片機，其最小系統簡(jiǎn)單可靠，僅由時(shí) 鐘電路、復位電路和電源電路構成。

3.2 HX711外圍電路

HX711作為一款專(zhuān)為高精度稱(chēng)重傳感器設計的24位 A/D轉換芯片，集成度高、響應速度快、且抗干擾能力 強。自帶的穩壓電源可直接向傳感器和片內的A/D轉換 器提供電源，而無(wú)需另外的模擬電源。HX711芯片內部的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件，具備上電自動(dòng)復位功 能，該功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機的初始化過(guò)程。其外圍電路如圖5 所示。

3.3顯示電路與單片機接口電路

LCD12864液晶的顯示分辨率為128X64，內置8 192個(gè) 16X16點(diǎn)漢字和128個(gè)16X8點(diǎn)ASCII字符集。采用 LCD12864顯示，利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單方便 的操作指令，可以顯示8X4行16X16點(diǎn)陣的漢字，也可 完成圖形顯示，構成全中文人機交互圖形界面。 LCD12864與單片機的連接如圖6所示。

3.4鍵盤(pán)電路與單片機接口

設計按鍵數量較多，為了減少I/O 口的占用，將按鍵 排列成矩陣形式。設計采用矩陣式鍵盤(pán)，每條水平線(xiàn)和垂 直線(xiàn)在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。 這樣一個(gè)端口就可以構成3X4=12個(gè)按鍵，比直接將端 口線(xiàn)用于鍵盤(pán)多出一倍，且線(xiàn)數越多，區別越明顯。鍵盤(pán) 為4X4鍵盤(pán)，包括數字鍵及功能鍵，鍵盤(pán)電路與單片機接 口電路如圖7所示。

3.5報警電路

當電路檢測到稱(chēng)重的物體超過(guò)儀器的測量范圍時(shí)，將 產(chǎn)生一個(gè)信號給報警電路，使其報警從而提醒工作人員注 意，超限報警電路如圖8所示。

4.軟件設計

軟件部分主要實(shí)現鍵盤(pán)的設置和顯示，流程如圖9所示。

1）鍵盤(pán)實(shí)現功能：去皮，設定單價(jià)。

2）顯示部分：顯示重量、單價(jià)和總額。

5.測試及結果分析

5.1測試方案

硬件接通上電后，檢驗各模塊是否正常，用萬(wàn)用表測 量電路焊接和連接是否正確，檢驗顯示功能、鍵盤(pán)功能是 否正常。用仿真軟件 Protues 畫(huà)出電路圖，將程序燒進(jìn)仿 真軟件，觀(guān)察所需功能是否能夠實(shí)現，并進(jìn)行軟件改寫(xiě)和 重復仿真，不斷觀(guān)察其效果。

將驗證的硬件電路搭建好并上電，將程序寫(xiě)進(jìn)單片 機，用標準的砝碼來(lái)測試和調節電子秤的準確性，記錄每 個(gè)砝碼組合的標準重量和實(shí)測值，用軟件將誤差調到最 小，以達到最佳稱(chēng)重效果。

5.2結果與分析

經(jīng)過(guò)軟硬件調試及數據分析和矯正，電子秤基本 實(shí)現了稱(chēng)重（去皮稱(chēng)重）、顯示和超限報警等功能。稱(chēng)重誤 差在允許范圍之內，達到了預期目標：稱(chēng)重小于50 g,稱(chēng)重 誤差小于0. 5 g;稱(chēng)重在50 g及以上，稱(chēng)重誤差小于1 g,如 表1所示。電子稱(chēng)可以設置單價(jià)（元/克），可計算物品金 額并實(shí)現金額累加；電子稱(chēng)實(shí)現了去皮功能。

6.結論

設計一款基于STC89C52RC單片機的電子稱(chēng)，詳細 介紹了電子稱(chēng)的硬件電路、軟件實(shí)現和調試過(guò)程。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)，可在日常生活、工業(yè)現場(chǎng)和實(shí)驗室等各種場(chǎng)合 推廣應用。