電子秤,，是人們?nèi)粘Ｉ钪惺制毡槎直夭豢缮俚囊环N使用工具，主要用來在商品貿(mào)易時(shí)計(jì)量質(zhì)量,，其使用領(lǐng)域廣泛，小至商品雜貨店,，大至工農(nóng)業(yè),、醫(yī)療等領(lǐng)域。滲入到人民生活的方方面面,，與傳統(tǒng)機(jī)械秤相比,，現(xiàn)代電子秤的發(fā)展趨向于小型化、智能化方向,，且具有重量輕、成本低,、速率快等優(yōu)點(diǎn),，但仍存在一定的局限性，例如要求具有更高的抗干擾能力和更高的精度等,�,？紤]到電子衡器的性價(jià)比、穩(wěn)定度及精度,，設(shè)計(jì)了一款集傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的多功能,、小功耗、簡(jiǎn)單易用,、速度快的高精度數(shù)字化電子秤,。
1,、電子秤方案設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理
高精度電子秤以STC15W408S單片機(jī)作為主控部件，連接各個(gè)子模塊,，子模塊主要包括電源模塊、信號(hào)采集轉(zhuǎn)換模塊,、LCD顯示模塊,、鍵盤模塊以及報(bào)警模塊等，其系統(tǒng)原理圖如圖1所示,。
電源模塊用來給系統(tǒng)提供+5V直流穩(wěn)定電壓,。當(dāng)被測(cè)物體放置在秤盤上時(shí),，物體的壓力傳到橋式壓敏電阻傳感器,，此時(shí)傳感器因受力不均而產(chǎn)生形變,，電阻阻值隨之改變，并導(dǎo)致電橋失衡輸出與被測(cè)物體的重量成正比的模擬電壓信號(hào),，該模擬電壓信號(hào)放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711轉(zhuǎn)換成高精度的數(shù)字信號(hào)，并送到單片機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)存和處理,。當(dāng)鍵盤模塊有按鍵按下時(shí),，單片機(jī)會(huì)進(jìn)行必要的判斷和分析，并根據(jù)該按鍵的功能,，進(jìn)行去皮,、稱重、計(jì)算,、顯示、查詢,、報(bào)警等相應(yīng)功能的實(shí)現(xiàn)。
2,、電子秤方案系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
電子秤的硬件電路由功能不同的各個(gè)模塊組成,，各個(gè)模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)并檢測(cè),，最終組合成一個(gè)整體并進(jìn)行性能測(cè)試。
2.1,、單片機(jī)控制模塊
考慮價(jià)格、性能多方面要求,，在信息控制和處理模塊上,，采用了STC15W408S單片機(jī)，不僅在設(shè)計(jì)上STC15W408S可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制要求,，在性能上,，其重量輕、體積小,、功耗低，提高了電子秤的便攜性,。其引腳電路如圖2所示。
STC15W408S是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗,、高性能8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器,，512字節(jié)RAM，42個(gè)I/O口線,，內(nèi)置5KBEEPROM，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,，并支持全雙工串行通信、掉電喚醒,、外部中斷等,。
單片機(jī)STC15W408S的P1.0、P1.1端口用于與高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711管腳的SCK,、DOUT連接,，接收數(shù)字信號(hào)；P1.5端口用于報(bào)警提示,，與蜂鳴器電路相連；P0端口用于與液晶LCD1602傳輸信號(hào),。
2.2、稱重傳感器
稱重傳感器是一種能感受壓力并將感受到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成與被測(cè)物體重量成比例的可用于輸出信號(hào)的傳感器，作為電子秤的關(guān)鍵組成部件之一,，稱重傳感器的選擇十分重要，其性能的好與壞,，極大程度上決定了電子秤測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和精確度。
為實(shí)現(xiàn)電子秤設(shè)計(jì)的高精度,，高穩(wěn)定性要求,，在眾多的稱重傳感器中,，本產(chǎn)品設(shè)計(jì)選用了BF350稱重傳感器,，其靈敏系數(shù)為2.00-2.20，精度等級(jí)為0.02級(jí),，應(yīng)變極限為2.0%,，且功耗低,、易于散熱,、粘貼簡(jiǎn)單,，焊接方便，并可消除溫度變化和微小波動(dòng)帶來的影響,，實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性的靜態(tài)測(cè)量。
2.3,、A/D轉(zhuǎn)換芯片
為達(dá)到本設(shè)計(jì)的高精度和高穩(wěn)定性要求，系統(tǒng)采用片內(nèi)集成穩(wěn)壓電源,、時(shí)鐘振蕩器等電路的高集成度24位A/D轉(zhuǎn)換芯HX711,，其編程簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快,，使用時(shí)無需外接元件,，并具備上電自動(dòng)復(fù)位功能。稱重傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)通過選擇A或B通道傳輸?shù)紿X711,，其中A通道的可編程增益為128或64，B通道則為固定的32增益,。HX711與后端的單片機(jī)接口電路簡(jiǎn)單,，只需DOUT、SCK接入單片機(jī)的I/O口上,，就可以進(jìn)行信號(hào)傳輸。BF350稱重傳感器,、HX711芯片與單片機(jī)間接口電路如圖4所示。
2.4,、液晶顯示模塊
在單片機(jī)系統(tǒng)中，LCD1602是一種專門用來顯示字母,、數(shù)字,、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，工作在4.5~5.0V電壓環(huán)境下,，可顯示2行共32個(gè)字符,，其功耗低、性能穩(wěn)定,、使用簡(jiǎn)單，其管腳分為控制端口,、數(shù)據(jù)端口,、調(diào)整端口和電源端,，其中調(diào)整端口需外接10K電位器，通過電位器可以調(diào)節(jié)字符顯示亮度。LCD1602與單片機(jī)接口電路如圖5所示,。
2.5、超重報(bào)警電路
電子秤作為一種計(jì)量工具,，有一定的量程范圍,，當(dāng)被測(cè)物體重量超出量程范圍時(shí),，內(nèi)置稱重傳感器將受到損壞,。在充分考慮實(shí)用性和性價(jià)比的前提下，設(shè)置了超重報(bào)警電路,。超重報(bào)警電路如圖6所示,。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其內(nèi)分度為0.1g,，最大稱重為20kg，分度數(shù)為200000,。當(dāng)被測(cè)物體重量超出量程范圍時(shí),，STC15W408S的P1.5端口產(chǎn)生低電平,，加在PNP型的三極管9013基極上,，此時(shí)三極管導(dǎo)通，電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器,，產(chǎn)生報(bào)警聲,；當(dāng)被測(cè)物體重量在量程范圍內(nèi)，STC15W408S的P1.5端口產(chǎn)生高電平,，加在三極管9013基極上,，此時(shí)三極管截止，電路不工作,，蜂鳴器不會(huì)發(fā)出報(bào)警聲,。
3、電子秤方案系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
主程序主要用來進(jìn)行系統(tǒng)初始化,，統(tǒng)一管理和調(diào)用各個(gè)子程序,，使系統(tǒng)運(yùn)行有條不紊。子程序則包括數(shù)據(jù)采集程序,、A/D轉(zhuǎn)換程序,、按鍵功能程序、LCD顯示程序和報(bào)警程序,，各個(gè)子程序分工明確,，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，完成本設(shè)計(jì)一系列功能設(shè)計(jì),，實(shí)現(xiàn)去皮,、稱重、計(jì)算,、顯示,、查詢、報(bào)警等功能,。
4,、電子秤方案系統(tǒng)性能測(cè)試
表1為部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),，測(cè)試與數(shù)據(jù)分析表明，此電子秤系統(tǒng)相對(duì)誤差小于等于0.4%,，其精確度較高,，穩(wěn)定性良好。
