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)易時計量質(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，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,。考慮到電子衡器的性價比,、穩(wěn)定度及精度,，設(shè)計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)計的結(jié)構(gòu)與原理
高精度電子秤以STC15W408S單片機作為主控部件，連接各個子模塊,，子模塊主要包括電源模塊,、信號采集轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊,、鍵盤模塊以及報警模塊等,，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,。當被測物體放置在秤盤上時,，物體的壓力傳到橋式壓敏電阻傳感器，此時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物體的重量成正比的模擬電壓信號，該模擬電壓信號放大后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711轉(zhuǎn)換成高精度的數(shù)字信號,，并送到單片機進行儲存和處理,。當鍵盤模塊有按鍵按下時，單片機會進行必要的判斷和分析,，并根據(jù)該按鍵的功能,，進行去皮、稱重,、計算,、顯示,、查詢、報警等相應(yīng)功能的實現(xiàn),。
2,、電子秤方案系統(tǒng)硬件設(shè)計
電子秤的硬件電路由功能不同的各個模塊組成，各個模塊獨立設(shè)計并檢測,，最終組合成一個整體并進行性能測試,。
2.1、單片機控制模塊
考慮價格,、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,，不僅在設(shè)計上STC15W408S可以實現(xiàn)測量和控制要求,，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存儲器,，512字節(jié)RAM，42個I/O口線,，內(nèi)置5KBEEPROM,，3個16位定時/計數(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,；P1.5端口用于報警提示，與蜂鳴器電路相連,；P0端口用于與液晶LCD1602傳輸信號,。
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轉(zhuǎn)換成與被測物體重量成比例的可用于輸出信號的傳感器,，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量數(shù)據(jù)的可靠性和精確度,。
為實現(xiàn)電子秤設(shè)計的高精度,，高穩(wěn)定性要求，在眾多的稱重傳感器中,，本產(chǎn)品設(shè)計選用了BF350稱重傳感器,，其靈敏系數(shù)為2.00-2.20，精度等級為0.02級,，應(yīng)變極限為2.0%,，且功耗低、易于散熱,、粘貼簡單,，焊接方便，并可消除溫度變化和微小波動帶來的影響,，實現(xiàn)高穩(wěn)定性的靜態(tài)測量,。
2.3、A/D轉(zhuǎn)換芯片
為達到本設(shè)計的高精度和高穩(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，其編程簡單,、響應(yīng)速度快,，使用時無需外接元件，并具備上電自動復(fù)位功能,。稱重傳感器輸出的模擬電壓信號通過選擇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與后端的單片機接口電路簡單,，只需DOUT、SCK接入單片機的I/O口上,，就可以進行信號傳輸,。BF350稱重傳感器、HX711芯片與單片機間接口電路如圖4所示,。
2.4,、液晶顯示模塊
在單片機系統(tǒng)中，LCD1602是一種專門用來顯示字母,、數(shù)字,、符號等的點陣型液晶模塊，工作在4.5~5.0V電壓環(huán)境下,，可顯示2行共32個字符,，其功耗低,、性能穩(wěn)定、使用簡單,，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與單片機接口電路如圖5所示,。
2.5,、超重報警電路
電子秤作為一種計量工具，有一定的量程范圍,，當被測物體重量超出量程范圍時,，內(nèi)置稱重傳感器將受到損壞。在充分考慮實用性和性價比的前提下,，設(shè)置了超重報警電路,。超重報警電路如圖6所示。系統(tǒng)設(shè)計中,，其內(nèi)分度為0.1g,，最大稱重為20kg，分度數(shù)為200000,。當被測物體重量超出量程范圍時,，STC15W408S的P1.5端口產(chǎn)生低電平，加在PNP型的三極管9013基極上,，此時三極管導(dǎo)通,，電路驅(qū)動蜂鳴器，產(chǎn)生報警聲,；當被測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,，此時三極管截止,，電路不工作，蜂鳴器不會發(fā)出報警聲,。
3,、電子秤方案系統(tǒng)軟件設(shè)計
主程序主要用來進行系統(tǒng)初始化，統(tǒng)一管理和調(diào)用各個子程序,，使系統(tǒng)運行有條不紊,。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顯示程序和報警程序，各個子程序分工明確,，統(tǒng)一協(xié)調(diào),，完成本設(shè)計一系列功能設(shè)計，實現(xiàn)去皮,、稱重,、計算、顯示,、查詢,、報警等功能。
4,、電子秤方案系統(tǒng)性能測試
表1為部分實測數(shù)據(jù),，測試與數(shù)據(jù)分析表明，此電子秤系統(tǒng)相對誤差小于等于0.4%,，其精確度較高,，穩(wěn)定性良好。
