北京信息科技大学，北京 100192

一、引言

自电子信息技术发展以来，尤其是各种传感器的产生，许多传统的工具被电子产品所替代。电子称在称重方面与传统称相对比，具有称重方便、计算方便、量度精确等特点，广泛应用于超市、工厂、商业以及零售业等多种公共场所。

本设计针对超市使用电子称精度较低的缺点，提出了一种新的解决方案。在该方案中我们采用HX711，其内部集成24位A/D模块并具有放大电路，可以出处理接收到的小信号，提高了量测的精确度[5]。为了进一步消除误差，我们对测量数据进行均值化处理，保证了测量的准确性。最后进行标定试验，对天平的准确性进行了评估[3]。试验结果表明，该电子称的量程为5kg，精度为0.01g。

二、硬件设计

该系统总体设计图见图1所示，主要由以下四部分组成 ：称重传感器、A/D转换电路、单片机、液晶显示。可以实现称重、总价计算、设置单位价格等功能。

利用称重传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大、滤波电路然后再经过模数转换器转换为数字信号。单片机对数字信号经过相应的处理后得出当前所称物品的重量及总额。最后通过液晶显示显示出来。此外，还可通过液晶显示上的键盘设定所称物品的价格。

1、称重传感器

考虑到成本和性能以及实现功能，我们最终选定的称重传感器为YZC-1B，该传感器的参数见表1。

表1 YZC-1B传感器的各项参数

2、信号转换模块

高精度的A/D转化芯片可以得到货物的精度，在本设计中，采用了HX711来实现模拟量到数字量的转换。HX711为一款高精度的24位A/D转换器芯片，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点，设计精度达0.01g，降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能。A/D 转换模块如图2所示。

HX711模块 A通道带有128倍的信号增益，可以将5mV的电压放大128倍，输出24位的A/D转化值，以多位数据的串口传输形式，输送给单片机。串口通信线由管脚PD_SCK和DOUT 组成，分别与STM32的PC7、PC9相连。

3、液晶显示模块

在本设计中，我们采用TFT触控屏作为显示以及输入设备。该部分在显示重量、价格信息之外，还作为人机交互的接口来操作电子称，比如设置单位价格、清零等操作。该部分结构见图3。

4、主控芯片

本设计采用意法公司的STM32F103作为主控芯片，该芯片采用cortex-m3架构，最高工作频率达72MHz，为实时时钟提供精确的频率[4]。测量速度快，易于实时测量和监控。

三、软件设计

为了实现数据的准确测量，我们使用定时器中断，当检测到货物时开始开启定时器中断，每多少秒获取一个数值，共采出多少个数，然后对这些数据进行均值[1]处理，得到最后的数值。具体软件流程图见图4。

四、系统标定与补偿

1、线性度的确定

采用标注砝码作为基准，对本系统进行标定。在标定的过程中，尽量保证砝码处于电子称的测量区域中心，待测量值稳定后，通过多次测量，记录测量值如表1，并得到线性关系如图5所示。

表2 测量数据

使用最小二乘法拟合[2]，公式为：

其中，xi—代表砝码质量；

yi—代表显示值。

从而求出，k≈0.98，b≈0.02，即y=0.98x+0.02。

2、温度误差的补偿

当输入压力的数值不变的情况下，外界温度变化会引起传感器输出信号产生温度漂移，影响物体质量的测量精度。在相同压力下，通过温度计对外界温度测量，可以得到当前温度下的的重量漂移，继而绘制出R-T温度阻值变化曲线。通过查询HX711相关技术手册可得到对应的环境温度下的补偿系数，即可用于秤体的温度重量补偿和修正。

3、系统测试

经过标定和误差补偿后，我们对最终产品进行了测试，测试结果见表3。

表3 测试结果

我们按照下式依次计算出每组数据的误差值，再取平均可以得到，最后的误差范围：

其中，yi—显示值；

xi—砝码质量。

最后得误差率为0.1%。

经验证实现秤重测量范围0～5kg ，最小分辨 0.01g，误差在0.1%左右。

五、结论

实验证明该方案电子称具有精度高、体积小、读数直观等优点，可以很好适应日常生活需要。