段生锐 唐思源 李培林

摘  要： 随着科技和社会发展，人们的生活发生日新月异的变化，生活品质也在不断提高，电子秤更新换代的速度更是惊人，由以前沉重复杂变的灵活小巧，精度也不断提高，最主要的是成为家家户户必不可少可靠的称量工具，由于它的功能越来越丰富，越来越人性化，得到了广大人民群众的青睐，大街小巷都能发现它的身影。通过基于单片机的高精度电子秤设计，又进一步的完善了传统电子秤所存在的不足，更加方便了人们的生活。

关键词： 传感器;高精度;单片机

【Abstract】： With the development of science and technology and society， the life of people changing， the quality of life also in unceasing enhancement， electronic scale renewal speed is amazing， by previous heavy complicated flexible small， also improve accuracy， the main is to be a reliable weighing necessary tools for every family， because of its function is more and more rich， more and more humanized， got the favour of the people， the streets can be found. Through the design of high precision electronic scale based on single chip microcomputer， and further improve the traditional electronic scale existing shortcomings， more convenient people's life.

【Key words】： Sensor; High precision; Electronic scale

0  引言

电子秤是配备有电子设备的秤。由于它们种类繁多，涉及贸易结算和保护消费者利益，因此受到世界各国政府的广泛关注和重视。它被确定为该国希望强加的法律衡量工具。目前广泛应用于农业、手工业等领域，与人们的生活利益息息相关。随着电子信息技术和高精度测量等技术的快速发展，传统的测量工具在形式、智能化、便携性和准确性等方面已经不能满足要求。只有不断改进和改进设备，提高性价比，才能得到消费者和广大公众的认可和青睐。

1  系统功能描述及方案设计

1.1  功能描述

（1）使用高精度的压力传感器使其测量范围为精确到0-10千克。

（2）运用具有24位的转换芯片对来自传感器 的信号实行转换。

（3）单片机主要控制芯片为STC89C52单片 机，用于实现称重等功能。

（4）人机交互采用的是4*4矩阵键盘，操作起来方便。

（5）带超范围报警功能块，配蜂鸣器和LED灯完成报警。

（6）系统采用USB供电，USB线也可串行下载。

1.2  系统方案设计

整个系统由五个模块，称重传感器模块，A/D转换器模块，LED显示模块，矩阵键盘模块和传感器模块。系统硬件电路包括A/D转换模块，4×4矩阵键盘模块，LED模块和传感器模块;软件模块可分为一个主程序模块，一矩阵键盘扫描模块，一A/D转换模块和液晶显示模块。首先，由压力变化所产生的电压信号被测力传感器收集，该模拟信号转换成A/D转换器的数字信号，数字信号被发送到单芯片微型计算机，单芯片进行相应的处理。该过程控制液晶显示器，然后显示的信息要显示给用户[1]。

2  硬件设计

单片机硬件图如图所示。

首先，利用重量传感器对被测物体进行检测，并输出电压信号。该传感器对信号进行分析、调理和转换。单片机采集测量数据，计算并输出，然后将数据显示在液晶显示屏上。当获得被测物品的质量后，用户通过键盘输入该物品的单价，该物品的总价则会在电子秤上出现。供电系统会给单片机、电路和传感器供电，保证正常运行。

2.1  称重传感器模块

电阻应变式称重传感器是弹性物体在外力作用下发生弹性变形，它的电阻应变仪也一起变形，而应变表的电阻值在应变表变形后发生变化，由于应变表在平衡桥型的情况下是连接在一起的，应变表的电阻值的变化会导致桥梁不平衡，而信号是从表面输出的，从而完成了将外力转化为信号的过程[2]。

2.2  A/D转换设计模块

通过称重传感器电路将物品的重量信息转换为电压信号后，得到的信号属于模拟信号。模拟信号只能被转换成数字信号之后被提供给MCU（单片机）MCU（单片机）处理该数字信号。因此，模拟量必须输入到微控制器进行处理，并且执行模数转换。输出电压信号在使用前必须放大，因为应变片本身变形小，输出电压信号变化不大，直接使用不方便。在此过程中，放大器电路的精度、稳定性和A/D轉换精度直接影响电子秤的称重精度、反应时间等。实验选择了一种用于高精度电子秤的专用A/D转化芯片HX711因为放大电路与A/D转换电路的单独设计复杂，元件数量多，精度无法保证。[3]

2.3  LCD模块

此电子秤是以显示屏来呈现称重的结果。为了更直观、方便、清晰地显示称重信息，采用了高亮度液晶显示和汉字显示功能。重量、单价、商品数量等信息更详细、清晰地显示在一个显示屏上，用户可根据需要通过“单位”开关按钮在“公斤”、“斤”、“千克”、“克”之间进行切换。

2.4  矩阵键盘模块

键盘电路模块的设计是为了方便用户使用电子秤，快捷地进行功能操作和参数配置。电子秤使用的是4×4矩阵键盘，数字键0～9用于设置单价参数，*为小数点，A为“复位”功能键，B为“累加”功能键，C为“削皮”功能键，D为“单位”切换功能键，#为“存储”功能键。用户通过键盘按键操作相应的功能[4]。

2.5  传感器模块

称重传感器在电子秤中占有十分重要的位置，被喻为电子秤的心脏部件，它的性能好坏很大程度上决定了电子秤的精确度和稳定性本设计采用电阻应变式电阻应变式称重传感器包括两个主要部分，一个是弹性敏感元件：利用它将被测的重量转换为弹性体的应变值;另一个是电阻应变计：它作为传感元件将弹性体的应变，同步地转换为电阻值的变化。电阻应变片所感受的机械应变量一般为10–6–10–2，随之而产生的电阻变化率也大约在10–6–10–2数量级之间。这样小的电阻变化用一般测量电阻的仪表很难测出，必须采用一定形式的测量电路将微小的电阻变化率转变成电压或电流的变化，才能用二次仪表显示出来。在电阻应变式称重传感器中通过桥式电路将电阻的变化转换为电压 变化[5]。

3  系统软件及主程序流程图

3.1  软件设计

为了方便电子秤设计的一系列要求完成，程序设计采用从上到下、模块化、结构化的设计，逐步实现每一个功能，各功能间相互独立，模块与模块间都能相互协调配合完成任务，用以实现具体的功能。软件部分用于执行初始化系统、数据处理、按键测试以及显示数据等操作。主程序初始化系统，子程序模块化结构方便矩阵键盘扫描模块、A/D转换模块、数据处理和LCD显示模块的检测和调试。系统初始化后，按键检测重物，直到完成测试，整个操作过程中，程序以有序协调的方式实现电子秤的功能[6]。

3.2  主程序流程图

4  结论

（1）因为本系统是一个简易电子秤系统，所以最好的测量方法就是通过测量标准砝码的质量来比对本电子秤系统的测量显示值。以测量结果显示值减去砝码质量再除以砝码质量得出误差百分比，同时也可以得出电子秤的精确程度，得到的数据更加精确，结果更加准确。

（2）经实验，这样的设计达到的简易电子秤系统已经达到了题目要求，拥有输入单价求价格的功能，同时还能满足价格的叠加在单片机芯片中计算而不用，输入一个记录一个值那么麻烦。同时本电子称系统也完成了去皮功能，清除，復位等功能，而且拥有完整的超重报警模块。将继续完善功能并适当拓展，进一步贴近智能化，简单化提高精准度。

参考文献

[1]冯春宝， 陈文鑫， 董炎峰， 等. 基于单片机的数字电子秤的设计与实现[J]. 重庆与世界， 2015（7）： 1-3.

[2]王来志， 王小平. 基于电阻应变片式传感器的电子秤设计[J]. 物联网技术， 2014（2）： 58-60.

[3]兰羽， 王纳林. 基于仪表放大器电子秤的设计[J]. 信息技术， 2012（11）： 134-136.

[4]罗及红. 一种高精度的电子秤设计[J]. 计算机测量与控制， 2010， 18（8）： 1955-1957.

[5]程智. 简易电子秤的设计[J]. 电子世界， 2013（7）： 133-133.

[6]罗莎. 计算机中C语言的应用特点分析[J]. 计算机光盘软件与应用， 2012（7）： 165-166.