1、电子秤解决方案doc单片机电子秤设计报告秤是一种在实际工作和生活中经常用到的测量器具。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。和传统秤相比较，电子秤利用新型传感器、高精度 AD转换器件、单片机设计实现，具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量范围为 0-10Kg，测量精度达到 5g，有高精度，低成本，易携带的特点。电子秤采用液晶显示汉字和测量记过，比传统秤具有更高的准确性和直观性。另外，该电子
2、秤电路简单，使用寿命长，应用范围广，可以应用于商场、超市、家庭等场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。一、功能描述1、采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程 0-10kg ，测量精度可达5g。2、采用电子秤专用模拟 / 数字（ A/D）转换器芯片 hx711 对传感器信号进行调理转换， HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的 24 位 A/D 转换器芯片。3、采用 STC89C52 单片机作为主控芯片，实现称重、计算价格等主控功能。4、采用 128*64 汉字液晶屏显示称重重量、单价、总价等信息。5、采用 4*4 矩阵键盘进行人机交互，键盘容量大，操作便
3、捷。6、具有超量程报警功能，可以通过蜂鸣器和 LED灯报警。7、系统通过 USB电源供电，单片机程序也可通过 USB线串行下载。二、硬件设计1、硬件方案单片机电子秤硬件方案如图 1 所示：称重传感器24位A/D 芯片hx711电路矩阵键盘 单片机主控芯片 电源系统液晶显示图 1 单片机电子秤硬件方案称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过电子秤专用模拟 / 数字（ A/D）转换器芯片 hx711 对传感器信号进行调理转换。 HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的 24 位 A/D 转换器芯片，内置增益控制，精度高，性能稳定。 HX71
4、1芯片通过 2 线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据，进行计算转换，再液晶屏上显示出来。矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体重量得到后，用户可以通过矩阵键盘输入单价，电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。电源系统给单片机、 HX711电路及传感器供电。2、称重传感器传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。(1)灵敏度称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是2mV/V。当使用 2 mV/V 灵敏度和 5 V 激励电压的传感器时，其满度输出电压为 10 mV。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅
5、使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为 6mV。当电子秤应用于工业环境时，在 6mV满度范围内测量微小的信号变化并非易事。(2)总误差总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是 %，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了 ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设计。(3)漂移称重传感器也产生与时间相关的漂移。目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求考虑，其主要特点如下：(1)电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度较高，寿命较短，对环境要求
6、苛刻，不易长距离传输。(2)压电式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度高，寿命长，但大量程的压力传感器尚待进一步研究。(3)电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境要求不太严格。综上所述，选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小） ，从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。电阻应变式传感器测量原理如图 2 所示。图 2 电阻应变式传感器测量原
7、理当垂直正压力 P 作用于梁上时，梁产生形变，电阻应变片 R1、 R3 受压弯拉伸，阻值增加； R2、 R4 受压缩，阻值减小。电桥失去平衡，产生不平衡电压，不平衡电压与作用在传感器上的载菏 P 成正比，从而将非电量转化成电量输出。R1、R2、R3 和 R4组成惠更斯电桥，将 2 对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压，其工作原理如图 3 所示。图 3 测量电桥原理3、电子秤专用 24 位 AD转换芯片 HX711及其电路HX711 采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的 24 位 A/D 转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同
8、类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端 MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道 A 或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。 通道 A 的可编程增益为 128 或 64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为 20mV或 40mV。通道 B 则为固定的32增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的 A/D 转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复
9、位功能简化了开机的初始化过程。 HX711 内部方框图如图 4 所示。其外部管脚如图 5 所示。图 4 HX711 内部方框图图 5 HX711 外部管脚图图 5 为 HX711 芯片应用于计价秤的一个参考电路图。该方案使用内部时钟振荡器 (XI=0) ，10Hz 的输出数据速率 (RATE=0)。电源（）直接取用与 MCU芯片相同的供电电源。通道 A 与传感器相连，通道 B 通过片外分压电阻与电池相连，用于检测电池电压。图 6 HX711 计价秤应用参考电路图本课题设计的 HX711电路如图 7 所示：图 7 HX711 电路4、单片机 STC89C52及其电路(1) STC89C52 单片
10、机概述STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟 / 机器周期 (1T) 的单片机，是高速 / 低功耗 / 超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051, 但速度快 8-12 倍，内部集成 MAX810专用复位电路。(2) STC89C52 单片机特点增强型 8051 CPU，1T，单时钟 / 机器周期，指令代码完全兼容传统 8051；工作电压： - （ 5V 单片机）；工作频率范围： 040MHz，相当于普通 8051 的 0 80MHz；用户应用程序空间 4K12M85 75 89C89C89C89C12864G 遵循先难后易、先大后小的原则。B.布局可以参考
11、硬件工程师提供的原理图和大致的布局，根据信号流向规律放置主要原器件。C.总的连线尽可能的短，关键信号线最短。D.强信号、弱信号、高电压信号和弱电压信号要完全分开。E.高频元件间隔要充分。F.模拟信号、数字信号分开。 相同结构电路部分应尽可能采取对称布局。 按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准来优化布局。(5)PCB 设计遵循的规则 地线回路规则：图 17 地线回路规则环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。针对这一规则，在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题；在双层板
12、设计中，在为电源留下足够空间的情况下， 应该将留下的部分用参考地填充， 且增加一些必要的过孔，将双面信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离，对一些频率较高的设计， 需特别考虑其地平面信号回路问题， 建议采用多层板为宜。 窜扰控制窜扰（ CrossTalk ）是指 PCB 上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰，主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。克服窜扰的主要措施是：A. 加大平行布线的间距，遵循 3W规则。B.在平行线间插入接地的隔离线。C.减少布线层与地平面的距离屏蔽保护图 18 屏蔽保护对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，多用于一些比较重要的
13、信号，如时钟信号，同步信号；对一些特别重要，频率特别高的信号，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下左右用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。 走线方向控制规则相邻层的走线方向成正交结构，避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰；当由于板结构限制（如某些背板）难以避免出现该情况，特别是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。 电源与地线层的完整性规则对于导通孔密集的区域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，形成对平面层的分割，从而破坏平面层的完整性，并进而导致信号线在地层 的回路面积增大。四、 软
14、件设计1、软件流程图本设计主程序使用了定时器，用来实现每秒称重一次的功能，流程图如图19 所示。键盘扫描程序如图 20 所示。时钟中断入口逐列扫描Counter累加有键按下？置称重标志取键值返回返回图 19时钟中断程序流程图图 20键盘扫描程序流程图主程序软件流程如图21 所示。数据初始化端口初始化显示初始化定时器初始化进入后台 while 循环无有称重标志吗？有称重并计算总价显示重量和总价键盘扫描图 21 主程序流程图3、主程序下面介绍主程序编写，其他程序略。(1)头文件和一些宏定义#include #include #include #include #include #include ;
15、int2str(j,str1);if (j10)else if (j100)display_string(3,84,0);display_string(3,92,str1);elsedisplay_string(3,84,str1);.);To_Zero();display_string(1,1, 电子秤初始化成功 );display_string(3,1, 重量 : kg);display_string(5,1, 单价 : 元);display_string(7,1, 金额 : 元);Display_Price();while(1)和 .h 文件拷贝至新建项目，重新编译即可。当编译生成 .h
16、ex 文件后，就可以下载并进行调试了。1、 USB转串口驱动安装打开 USB驱动文件夹下的安装文件， 按提示安装 USB转串口驱动程序。 安装完成后，插入 USB下载线后，在 开始 - 控制面板 - 打印机和其他硬件 - 设备管理器 ，在“端口”分支下有（ Prolific USB-to-Serial CommPort(COMX)。X表示串口号， 如果没有说明 USB转串口驱动没有安装， 须重新安装。 记住括号里的 COM口号。图 22 成功安装 USB转串口驱动示意图2、下载程序打开 STC单片机下载软件文件夹，点击运行程序，出现如下界面。图 23 下载软件正确选择 MCU类型为 STC89
17、C52，COM口（与刚才安装的 COM号一致），最高波特率和最低波特率选择高速，如果不成功则尝试降低拨特率 ，并打开正确的 .hex 数据文件。点击“ Download/ 下载”按纽，窗口出现提示：Chinese: 正在尝试与 MCU/单片机 握手连接 .Connection is failure. You can try:your MCU Power On Reset.operation, then re-select COM Port.PLCC-DIP/PQFP-DIP Socket trace too long.the STC version.still error, your MCU
18、Firmware is erroror null.Chinese: 连接失败，请尝试以下操作：1.在单片机停电状态下，点下载按钮，再给单片机上电2.停止下载，重新选择 RS-232 串口 , 接好电缆3.可能需要先将短接到地4.可能外部时钟未接5.因 PLCC、 PQFP 转换座引线过长而引起时钟不振荡，请调整参数6.可能要升级电脑端的 STC 软件7.若仍然不成功，可能 MCU/单片机内无 ISP 系统引导码，或需退回升级，或 MCU 已损坏8.若使用 USB 转 RS-232 串口线下载，可能会遇到不兼容的问题，可以让我们帮助购买兼容的 USB 转 RS-232串口线仍在连接中,请给MCU
19、 上电 .按下电路板上的电源按纽， 保证其有个失电至上电的过程， 则窗口显示开始烧录芯片。五、 运行与使用1、上电运行下载完成后程序自动运行，或重上电后程序正常运行，如图 23 所示。图 23 上电运行图2、键盘操作说明4*4 矩阵键盘定义如下78910(清 0)45611(删除 )12312(未定义 )14(未定义) 015(.)13(确定价格 )其中：键 0 9 为数字键，用于单价设定。键 15 为小数点，也用于单价设定。键 10 为清零键，每次测量之前，请先按清 0 键，以使重量和价格回零。键 11 为删除键，逐位删除敲错的单价。键 13 为单价确定键，按下该键则设定的单价有效，开始计算总价。3、常用使用步骤：打开电源，屏幕显示电子秤初始化成功，此时重量和单价为 0，金额为空；通过数字键和小数点键键入单价，完成后按下单价确定键。在支架上放上待称重物体，液晶屏显示重量（单位为 kg），单价（单位为元）和总金额（单位为元） 。称重量程为 010kg，单价设定范围为元元，总金额显示范围为 0 元元。超过量程声光报警。
