葛笑寒

(三门峡职业技术学院 电气工程学院，河南 三门峡 472000）

市场上的秤样式繁多，对于传统的度量工具如盘秤、杆秤等，存在着测量精度不高，测量过程复杂，读值不方便，甚至存在不法商贩动手脚等问题。现在市场上，电子秤产品的总体水平普遍不高，存在运行不可靠，成本高，校正时间长，能源消耗大等问题。因此，可以从技术上解决上述难题，设计出一个简单高效的电子秤系统，具有一定的现实意义。

1 方案设计

电子秤设计的原理就是：当放上物体时，重量转为电信号，经过模数转换，由单片机进行处理。本设计采用模块化设计法，将硬件结构分功能划成了数据采集、矩阵键盘、显示、报警和单片机最小系统控制模块。其中，数据采集模块包括称重传感器和A/D转换电路。最小系统则包括单片机、晶振、复位等部件。键盘由4X4位矩阵键盘组成，可以控制显示重量和价钱等信息；显示部分由LCD1602液晶显示。报警功能则有蜂鸣器和LED灯来实现。方案如图1所示。

图1 硬件电路设计总框图

2 电路设计

2.1 数据采集电路设计

数据采集电路是整个电子秤设计的基础，所有的功能都是围绕对采集的数据进行的操作。采集电过程包括力-电转换和A/D转换。称重传感器是电阻应变式压力传感器，能够承受10kg的重量，能够将压力转为电压差读取。而AD转换电路采用了专用型24位AD转换器HX 711芯片模块。电路如图2所示，串口数据输出DT与P12相连，断电控制和串口时钟输入SCK接P13。通过编程选择SCK输入脉冲数选择通道A，增益128。

2.2 最小系统电路设计

如上所述，电源电路、时钟电路、单片机、复位电路能够形成一个单片机最小系统。给单片机提供一个时间基准，单片机就会按照这个决定执行速度。时钟电路选用了12MHz的晶振提供时钟。执行一条基本指令需要的时间为一个机器周期。其中晶振提供一个正弦波信号，电容C1和C2起稳定作用。单片机的复位电路，按下复位按键之后可以使单片机进入刚上电的起始状态，只有是高电平才能正常复位。将上电复位和手动复位结合在一起组合成混合复位电路来完成复位的功能。上电复位利用RC充放电，在RST上加一个短暂的高电平，当充完电后，电容断开，程序恢复运行。当程序死机或需要重新开始时，就需要手动复位，按下按键，VCC就直接连接到了RST，电容被短路放电；按键松开，就恢复到低电平，继续给电容充电。图中10K排阻为P0口的上拉电阻，由于P0口跟其他IO结构不一样为漏极开路的结构，因此要加上拉电阻才能正常使用。

2.3 矩阵键盘电路设计

键盘是就是电子秤系统的输入设备，能够进行简单的人机互动，里面包含了一组按键。它通过将键盘排列成行列式矩阵的形式，实现了对IO口复用，节约了IO口线的数目。使用的是要靠自编软件识别的非编码键盘。通过软件设置相应按键的功能，输入数据或命令，显示屏就会显示想要的操作结果。按键是处于常开状态，只有按下时才闭合。电路如图2所示。将每行按键的一端分别于P3口的前四个引脚依次相连，每个按键的另一端以按列的方式分别与P3端口的后四个引脚相接。使用时通过扫描法查询哪一个按键处于低电平的状态，以确定哪个按键被按下。将不同的按键返回不同的值来实现对显示屏的操作，实现多种交互性的功能。

图2 设计总电路图

2.3 LCD1602显示电路设计

由于本设计中要求显示界面显示一些参数，因此这里选用了LCD1602作为界面显示，可以把一些相关的参数进行显示。将STC89C51的PO口8个引脚分别连接到液晶屏的D0-D7即数据端；P2.5连接到LCD的片选信号，下降沿触发；P2.6作为LCD的读写信号；P2.7当作基控器内寄存器选择信号。具体如图2所示，V0为液晶屏显示对比度的调整端，对比度过高时会产生“鬼影”，连接了一个10K和1K的电阻，以保证显示时不会影响读数。

2.4 报警电路设计

报警电路由蜂鸣器和LED灯组成，超重时蜂鸣器会不断发出响声，红灯也会不停闪烁。其电路如图2所示。报警电路是声光报警，分两个端口对其分别进行操作。当重量大于10kg时，单片机会通过程序设置端口的电平值，从而使灯和蜂鸣器分别发出光和声音。对于蜂鸣器，就要给P1.0一个低电平，而对于LED灯就需要给P1.1一个高电平，这样才能使它们导通，正常工作。蜂鸣器部分使用了一个PNP型的三极管放大驱动，使其工作。

2.5 硬件电路原理总图

基于以上分析，本次设计的电子秤需要通过键盘控制单价输入、校准等功能，显示的价格由液晶屏显示，并且需要有超重报警的功能。所以，硬件电路除了包含单片机最小系统即振荡电路、复位电路、电源，还在P3口接了一个4×4的矩阵键盘，P0端口通过10kΩ的排阻接到液晶屏的数据端，P2端口中5、6、7脚则控制液晶屏的读写控制。数据的采集和处理由传感器和24位的AD转换芯片HX711来完成，HX711的时钟和数据输出端分别接到P1端口的2、3脚。报警电路则由蜂鸣器和LED灯来实现，P1.0控制蜂鸣器，P1.1控制LED灯。电源为5V的直流电源，加了一个自锁开关可以控制电源的通断。如图2所示。