一種新型智能電子秤系統的開發

高明華+楊根紅+沈文波+許麗金

摘 要： 針對傳統電子秤，記錄、統計稱重結果需耗費較多人力，并容易出現錯記漏記等現象，設計一款新型智能電子秤系統。該電子秤采用STC89C52微處理器為系統控制核心，可顯示物品名稱、重量、單價、總價等信息，并基于App Inventor 2平臺開發出相應的電子秤手機APP軟件，電子秤通過藍牙發送數據至手機APP，由手機保存數據。手機APP軟件具備各種統計功能，并能夠將統計結果導出Excel表格，便于電腦存儲、分析。該系統性能穩定、可靠，成本低廉，手機APP軟件方便實用，可廣泛應用于現代商業市場中。

關鍵詞： 電子秤； 藍牙； 手機APP； Excel表格

中圖分類號： TN99?34； TP312 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）14?0040?04

Abstract： Since statistical record of weighting result of traditional electronic scales consumes more manpower， and is prone to the incorrect and omission phenomena， a new type of intelligent electronic scale system is designed in this paper. The STC89C52 microprocessor is used as the control core in the electronic scale system， which can display the name of goods， weight， unit price， total price and other information. The corresponding electronic scale mobile phone APP software was developed based on the App Inventor2 platform. The electronic scale sends data to mobile phone APP through Bluetooth， and save the data in the phone. The mobile APP software possesses a variety of statistical functions， and can export the statistical results to Excel form for storage and analysis of the computer. The system has the advantages of stable performance， reliability， low cost. The mobile APP software is convenient and practical. It can be widely used in modern commercial markets.

Keywords： electronic scale； Bluetooth； mobile APP； Excel table

自20世紀60年代以來，由于傳感器技術的迅速發展，電子稱重技術日趨成熟，并逐步取代傳統機械秤。20世紀70年代初期，微處理機的出現使得電子稱重技術得到了進一步的發展，快速、準確、操作方便、功能多樣化等已成為現代稱重技術的主要特點，稱重裝置的應用已遍及到國民經濟各領域，與此同時，人們對稱重儀表的要求也越來越高，要求更加智能化。于是出現了一種智能無線電子秤，運用無線藍牙模塊傳送重量數據，通過RFID讀取貨品的名稱、單價和單位重量，顯示并存儲[1]。還有一種無線接口電子秤，通過藍牙收發器實現無線方式的體重數據上傳至電腦或互聯網上，以便個人健康數據的永久保存與分析[2]。傳統電子秤的設計與研制嘗試了多種方法，但由于其體積較大，不方便攜帶，測量數據不易保存和統計分析，因此逐漸不被人們所使用。近幾年智能手機迅速普及，APP的開發技術也隨著手機市場的發展日益成熟，因此把數據上傳至手機，將電子秤與手機APP相結合是電子產品發展的必然趨勢[3]。為此，本設計在傳統的電子秤基礎上，增加藍牙數據傳送模塊，同時基于App Inventor 2平臺開發出一款電子秤手機APP，可以通過藍牙將稱重數據發送到手機APP，APP查詢某天的稱重記錄，并能統計某段時間，各種物品的重量，而且統計數據可以以Excel表格形式導出。該款智能電子秤符合現在人們對稱重裝置的要求。

1 智能電子秤總體架構

本文智能電子秤系統由下位機和上位機兩部分構成。該系統整體框架如圖1所示，下位機是基于51單片機的電子秤部分，上位機是基于谷歌App Inventor 2開發平臺設計實現的手機APP。系統下位機部分是利用壓力傳感器采集重量數據 [4]，經過HX711模塊進行信號放大和A/D轉換，再把數字信號上傳單片機處理模塊。單片機會對鍵盤按下進行處理，設置單價、折扣，并在LCD12864上顯示重量、單價、總價等信息。上位機的手機APP，按下“發送”按鍵后，數據通過藍牙模塊上傳到APP，APP接收數據后將其存放于數據庫，以便查詢和統計。APP可以選擇物品編號列表（用戶可自行增加、刪除、修改列表），之后會在接收界面顯示所選物品、單價、折扣等信息。APP接收到單片機發送的重量數據則會自動計算總價并顯示，同時將物品名和單價發送至單片機，單片機接收到后顯示于液晶屏。

APP的功能如圖2所示，整個APP分三個主要界面：第一個界面為登錄系統，實現登錄、注冊、退出功能；第二個界面為數據處理系統，實現數據的接收、統計、查表與微信掃描支付，根據統計分析數據，給出相應建議，還有導出統計表格的功能；第三個界面為資料管理系統，實現查看記錄、導出記錄功能，查看某天的歷史記錄，并且能夠導出該記錄的Excel表格。

2 系統方案設計

系統總體方案設計主要包括硬件電路設計、單片機控制程序設計及APP軟件功能設計三部分。硬件電路主要由復位電路、壓力傳感器及A/D轉換模塊、藍牙模塊、矩陣鍵盤、單片機5部分構成，借鑒引用了傳統的電子秤硬件設計。單片機程序設計是整個設計的關鍵部分，APP軟件功能設計分為不同的功能界面。單片機采用了STC89C52，其是宏晶科技推出的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，價格低廉，且能夠實現本設計的功能[5]。壓力傳感器采用應變式壓力傳感器，其精度高、結構簡單緊湊、抗偏載能力強，其輸出電壓和壓力成正比，斜率穩定，因此易于實現將重量轉變成電信號輸出[6]。HX711是專為高精度電子秤而設計的24位

A/D轉換器芯片，具有集成度高、響應快、抗干擾能力強等優點[7]，與壓力傳感器結合使用效果佳。HC?05是一款性價比較高的藍牙模塊，完全兼容單片機系統，可實現單片機數據的收發，因此選擇它作為系統的無線通信橋梁。

2.1 單片機控制方案

為了使得系統可以一直讀取重量數據并顯示，在液晶初始化和串口初始化后，進入循環讀取、顯示流程，讀取HX711 A/D轉換后的數值，存放到當前A/D數值變量；掃描矩陣鍵盤，判斷是否有按鍵按下，根據按鍵值和系統設置模式進行相應的響應；將HX711傳輸的A/D數值轉換成重量，再計算總價；然后根據顯示模式，顯示對應的主界面、改單價界面、改折扣界面、校準界面中；最后返回讀取HX711數值的操作，如圖3所示。

2.2 APP設計方案

APP主要有5個界面，登錄注冊界面、接收界面、查看歷史記錄界面、統計數據界面、掃描付款界面，關系如圖4所示。接收界面是關鍵部分，為歷史記錄和統計提供數據。為了提高電子秤的實用性，方便付款，增加了掃描二維碼進入微信支付功能。本設計所有數據都保存在手機微數據庫中，相當于一個單機版軟件，無論是本機微數據庫還是聯網的服務器數據庫，都是采取鍵值對的存取方式。實現了在不聯網的情況下也能讀取之前所保存的所有數據。

3 電子秤軟件設計

3.1 矩陣掃描的實現

先設置行為高電平，列為低電平，逐行掃描再逐列掃描，若有按鍵按下，則連通部分會由高電平變為低電平，確定行、列就可以確定是哪個按鍵按下[8]。其中矩陣鍵盤上的數值0～9是為了輸入數字而設定的，為了可以輸入小數，還加入“小數點”鍵。另外還有其他“清零/去皮”、“改單價”、“改折扣”、“刪除/發送”、“校準”按鍵，充分應用了4×4的矩陣鍵盤。

3.2 LCD12864顯示的實現

液晶顯示前，需要對液晶進行初始化。編寫相關函數，方便調用。顯示字符串是液晶顯示關鍵的程序，為了方便編寫各種顯示界面，先編寫顯示字符串的函數，判斷要顯示數據所在的行和列，再寫入字符串，程序如下：

void LCD_DisStr（uint8 x，uint8 y，uint8 *pDat）

{

if（x==0） LCD_WriteOneByte（0，0x80+y）；

else if（x==1） LCD_WriteOneByte（0，0x90+y）；

else if（x==2） LCD_WriteOneByte（0，0x88+y）；

else if（x==3） LCD_WriteOneByte（0，0x98+y）；

while（*pDat！=′＼0′） //字符串以＼0結尾，用此判斷是否已顯示完字符串

{ LCD_WriteOneByte（1，*pDat）；

pDat++； }

}

顯示界面有4個，根據SystemSet變量的不同來顯示相應界面，如圖5所示。如果SystemSet==0（開機就是這個數），則顯示主界面，即物品名、重量、單價、總價等信息；如果SystemSet==1，會進入修改單價界面，此時單價的顯示會隨著按下按鍵而左移顯示；如果SystemSet==2，會進入修改折扣界面，此時折扣的顯示會隨著按下按鍵而左移顯示；如果SystemSet==3，會進入校準提示界面，顯示“請放置設定重量物品，然后按校準鍵進行校準！”的提示語；再輸入校準物品的重量即可。

3.3 藍牙收發的實現

對藍牙模塊的編程，首先要串口初始化，主要設置串口格式和波特率（9 600 b/s）。然后需要編寫發送和接收數據的模塊程序：發送（接收）一串數據，先判斷TI（RI）是否為1，是，則表明發完一個8位數據；再判這串數據是否發完，如果發完，把相關變量（發送長度、發送標志、接收完成標志）置0，否則發送后面數據。

藍牙發送重量數據和接收單價數據都采用HEX字符串，效率較高[9]。由于藍牙接收物品名數據只能用ASCLL碼文本形式。發送的重量數據經過讀取A/D轉換后的數值，再轉換成以克為單位的整數，以移位的方法轉換成HEX格式后保存到發送數組，觸發發送模塊后，將發送數組內容發送出去。藍牙接收到單價數據后，則液晶屏顯示。

4 APP功能設計

4.1 登錄注冊界面

該屏幕初始化時，從數據庫讀取用戶名和密碼保存在列表變量當中，以便輸入的用戶名和密碼進行查詢列表對比。在登錄界面，若輸入密碼錯誤，會彈出錯誤提示框“密碼錯誤！”，若為未注冊的用戶，點擊“注冊”會進入注冊界面。

4.2 接收界面

該界面是接收單片機數據，并保存到數據庫的主要功能界面，為了方便用戶的使用，加入了定義、查詢物品編號功能。用戶定義一個編號，該編號對應一種物品及其單價、折扣等相關信息。用戶則從編號列表選擇或輸入編號即可查詢到相應信息并顯示出來，當APP接收到單片機傳過來的數據后，計算總價，并顯示物品重量及總價，如圖7所示。