基于STC單片機的自動稱重系統

韋 巍

（1.電子信息測試技術安徽省重點實驗室，安徽 蚌埠233000；2.中國電子科技集團公司第四十一研究所，安徽 蚌埠233000）

1 系統原理設計

圖1 系統原理框圖

圖2 主控制器原理圖

整機工作原理如圖1所示：稱重顯示板提供人機交互界面，通過穩態，調零，稱重，電源等LED指示燈可以查看當前顯示板的狀態，通過按鍵可對顯示板進行調零，關機的操作。顯示板既能與AD7730通訊（通過單片機的SPI口控制接收、發送數據），也能與上位機通訊（通過單片機的串口控制接收、發送數據）[4]。顯示板顯示當前被測物力的重量。設計采用STC單片機作為主控制器，控制器的SPI口與AD7730相連，發送接收命令與數據。控制器的串口與PC端相連時，用于下載燒錄程序，與上位機相連時，用于和上位機通訊。稱重傳感器測量被測物體，輸出的微弱信號放大后經過AD7730采樣，采樣的數據輸出到單片機后經過單片機處理，輸出到數碼管顯示被測物體的重量信息，按鍵具有調零和關機的功能[5]。

2 系統硬件設計

系統硬件設計主要包括主控器的設計，AD轉換器的設計，顯示單元的設計等。

2.1 主控器的設計方案

主控制器原理圖如圖2所示：采用STC12C5412AD芯片[6]作為主控單元，工作電壓采用+5V供電，工作頻率為11.0592MHz，用戶應用程序區為12KB，片上集成512字節的RAM，帶有6個16位定時器和27個通用IO口。同時該芯片還具有SPI同步通信口和串口功能，方便與AD7730和上位機通訊，能夠滿足設計的需求。74HC04作為單片機復位芯片控制主控器的復位。

2.2 AD轉換器的設計方案

AD控制單元原理圖如圖3所示：采用AD7730作為AD轉換單元，該芯片使用+5V工作，具有23萬的分辨率，24位的無失真碼，低噪聲，抗干擾等特點。它包含一個電荷平衡ADC，一個帶有片內靜態RAM的校正微處理器，時鐘振蕩器，數字濾波器和雙向串行通信口。緩沖放大器允許外部信號高阻抗源的模擬輸入，處理的結果直接送往24位AD寄存器。由于傳感器的輸出信號很微弱，傳感器橋供電壓的微小變化會引起傳感器輸出信號較大變化，因此需要采用精度較高的恒壓源。我們采用了精確的低壓差恒壓控制IC，將輸出信號控制在穩定的范圍。

圖3 AD控制單元原理圖

圖4 軟件結構流程圖

圖5 調零流程結構圖

2.3 顯示單元的設計方案

采用寧波升譜照明的NES-12012AS型數碼管作為顯示單元，該數碼管導通電壓+5V，導通電流20mA，顯示為紅色，同時還具有耐壓，耐破裂，抗沖擊老化的特性，能夠滿足應用的需求。

3 系統軟件設計

該系統主要用于測量新生兒體重，醫學檢測和鑒定，對體征狀態不穩定的新生兒疾病的輔助治療將發揮重要作用。稱重系統硬件平臺采用與上位機串口連接的方式，可以通過上位機對系統進行調試和測量，提高系統的測試能力和應用范圍。

設計采用STC51單片機模塊為開發平臺，采用通用模塊化設計方法，設計一個通用的測試平臺。開發的硬件模塊包括主控信號采集模塊、AD轉換模塊、數據處理模塊、數據顯示輸出模塊，按鍵模塊等。硬件平臺為整個系統提供基礎支撐平臺，提供測試測量所需的接口及與上位機的通信接口，軟件運行于硬件平臺基礎之上，控制硬件完成信號采集、檢測、分析、統計。根據系統的結構，軟件按照模塊化的方法進行設計，其主要功能模塊有主程序模塊，AD模塊，調零模塊，關機模塊，與上位機串口通信模塊，按鍵處理模塊等。

稱重測試系統的軟件流程結構如圖4所示。

調零程序對傳感器初始值重新標定，提高測量的準確性，軟件流程如圖5所示。

稱重程序結構如圖6所示。

圖6 稱重程序流程結構圖

4 總結

本文采用STC12C5412AD單片機作為主控單元，AD7730作為24位AD轉換芯片實現對微弱傳感器信號進行采集與轉換，使得測量精度達到國外先進水平，滿足設計的需求；數碼顯示器作為顯示界面實時顯示測量的結果，實現了良好的人機操作界面；調零功能符合實際應用的需要。本文設計的稱重系統功能全面，適應性良好，能夠滿足實際應用的需要，具有廣泛的應用空間。

［1］劉九卿.動態和數字稱重技術發展概況與研究課題[J].工業計量,2011(2)：4.

［2］肖奇軍,李勝勇,林益平,等．智能電子稱重系統[J]．肇慶學院學報,2005,6(2)：51．

［3］葛志勇．電子秤數字和算技術及其應用[J]．河北冶金,2006(1)：63．

［4］The RS232 standard 1993-2004 by CAMI Research I nc.[Z].Lex ington,Massachusetts.

［5］李秀忠.單片機應用技術[M].北京：人民郵電出版社,2007.

［6］吳艷敏,黃春,崔光照．基于STC12C5410AD的轉臺控制系統的設計與實現[J]．鄭州輕工業學院學報：自然科學版,2011,26(1)：59．