基于單片機的數字式電子熱量秤設計

黃玥

摘要：所謂的數字式電子熱量秤，實際上就是能夠用于進行食物重量和熱量稱量的電子秤，可以滿足人們對健康生活的需求。基于這種認識，本文使用STC89C52RC作為系統主芯片，分別從硬件設計和軟件設計兩個方面對基于單片機的數字式電子熱量秤設計方法展開了探討，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：單片機；數字式電子熱量秤；設計

引言：在現實生活中，隨處都能見到數字式電子秤。而該類電子秤具有準確、直觀和方便等特點，所以逐漸成為了重要的計量工具。但隨著人們對電子產品功能需求的增多，目前人們已經不滿足于利用電子秤進行稱重，還希望能夠利用電子秤完成食物熱量值的獲取。面對這種發現形式，還要利用單片機完成電子秤的全新功能的開發和設計，以便生產出擁有更多功能的家電產品，繼而更好的推動電子技術的發展。

1基于單片機的數字式電子熱量秤的設計思路

在設計數字式電子熱量秤時，應明確系統功能。使用該種熱量秤，需要在受到垂直壓力時完成熱量信息的采集，并將采集數據顯示出來。而利用電阻應變式壓力傳感器，則能將電阻值變化轉換為毫伏的電壓信號。借助放大電路，并利用A/D轉換器實現模數轉換，然后利用單片機對數據進行處理，則能得到需要測量的數據。從這一思路可以得知，系統應由五部分構成，即單片機、稱重傳感器、調理電路、A/D轉換器和輸入顯示電路。在系統輸入顯示部分，還要李利用矩陣鍵盤進行熱量信息的輸入，并利用液晶顯示器進行結果顯示。

2基于單片機的數字式電子熱量秤的硬件設計

2.1系統主控芯片

系統采用的主控芯片為STC89C52RC，為MCS-51單片機，擁有CMOS8位控制器。該芯片不僅功耗較低，同時還有8K字節系統可編程Flash存儲器，所以能夠為嵌入式控制應用系統提供高效和靈活的解決方案。從芯片標準功能上來看，其擁有512字節RAM和32位I/O口，內部存在4個外部中斷和3個定時器，并且擁有4KB EEPROM和復位電路，能夠提供全雙工串行口[1]。利用該芯片，可以利用雙線串行方式實現數據通信，并且能夠完成數據計算轉換，也能控制液晶顯示屏進行數據的輸出顯示。

2.2系統傳感器

在實際進行稱重傳感器選擇時，還要使用高精度電阻應變式壓力傳感器。該種傳感器由電阻應變片電纜線及彈性體等多個部分構成，擁有較高的靈敏度和精度，并且具有一定的穩定性，能夠滿足熱量秤的設計需求。而實際選擇的傳感器內部有4個電阻應變片，能夠構成惠更斯電橋。在應變片發生變形的情況下，其阻值也將變化，所以將引起電橋失去平衡，從而獲得對應的差動信號。利用這些信號，則可以將力轉化為微弱電信號。在系統中，傳感器測量精度約5g，測量范圍在0-10kg之間。

2.3信號調理轉換電路

在信號調理轉換電路中，需使用HX711芯片。該芯片為電子秤專用A/D轉換芯片，具有較高的精度，并能實現內部增益控制，所以穩定性較好。借助雙線串行，該芯片可以順利與單片機通信，從而將數據傳送給單片機。在調理轉換電路中，芯片通道A將與傳感器進行連接，并利用PD_SCK和DOUT串口進行數據通信。借助通訊線，可完成輸入通道和增益的選擇。在DOUT進行高電平輸出時，說明芯片并未準備好，PD_SCK將為低電平輸入[2]。在DOUT進行低電平輸出時，PD_SCK將輸入多個不等時鐘脈沖。在第一個時鐘脈沖上升沿位置，可得到24為數據最高位。在第24個時鐘脈沖過后，輸出數據將從最高位降低到最低位。在第25-27個脈沖出現時，可進行下一次模數轉換通道和增益的選擇。正常的情況下，PD_SCK輸入的時鐘脈沖數應在25-27范圍內，以免串口通訊錯誤的產生。如果需要重新選擇通道或增益，只有經過4個數據周期，轉換器才能逐步趨于平穩，并進行有效數據的輸出。

2.4系統鍵盤電路

在熱量信息輸入設計上，還要利用矩陣鍵盤。采用矩陣形式進行按鍵的排列，能夠滿足按鍵數量過多的使用條件，并且能夠使單片機I/O端口占用得到減少。采用該種鍵盤結構，可利用一個按鍵對水平線和垂直線的交叉點進行連接。而鍵盤的I/O口為單片機P1口，需要將其列線接入該口的低4位。針對P1.0-P1.3列線，還要分別進行上拉電阻連接，然后接入+5V電源，同時將這幾個列線當成是輸入接線。針對P1.4-P1.7行線，還要進行輸出接線的設置。在行線和列線的交點處，則可以進行4*4矩陣鍵盤的設計。從按鍵組成上來看，應包含五個功能鍵、0-9數字鍵和小數點鍵。

2.5系統液晶顯示電路

系統在進行測量數據顯示時，還要利用128*64漢字屏進行信息顯示。而使用的液晶顯示屏型號為JLX12864G-086-PC，為圖像型液晶顯示模塊，不僅能夠用于進行普通圖像的顯示，還能進行單色圖片顯示。在該模塊中，包含有JIX-GB2312字庫芯片。從字庫中，能夠完成點陣數據的讀取。將這些數據寫入LCD驅動芯片，則能完成熱量信息的顯示。

3基于單片機的數字式電子熱量秤的軟件設計

完成系統硬件設計后，還要進行系統軟件設計。由于系統使用的單片機為STC89C52RC，所以還要利用Keil C51編譯器進行主程序編寫，并利用proteus軟件完成系統仿真分析。從系統軟件結構上來看，其有主程序模塊、中斷模塊、鍵盤掃描模塊和顯示模塊構成。利用中斷模塊，可使系統每0.5s完成一次稱重。在系統工作時，其在一開始將完成初始化，然后判斷是否出現秤重標志。系統在進行鍵盤是否有按鍵被按下時，會對列線狀態進行檢測[3]。如果發現有一列為低電平，說明有按鍵按下。如果所有列線均為高電平，則意味著不存在被按下的按鍵。未發現標志，系統會進行鍵盤掃描，然后確定是否有稱重標志。確定有稱重標志后，系統會進行稱重，并完成熱量計算。在此基礎上，則會進行重量和熱量的顯示。在對系統進行仿真測試時，還要利用電位計對模擬重量的電壓值進行控制，從而通過改變電壓實現輸出電壓控制，進而對稱重過程進行模擬仿真。而通過測試可以發現，利用系統進行重量和熱量的稱量，能夠滿足系統設計要求。

結論：通過研究可以發現，使用單片機進行數字式電子熱量秤的設計，能夠滿足系統設計的準確度和穩定性要求。使用數字式電子秤進行稱量，可以將食物重量有效轉換為熱量，從而滿足人們對食物熱量的稱量需求。而在現代家居生活中，隨著人們對健康問題的認識的提高，相信該類電子秤也將獲得較好的應用前景。因此，本文對基于單片機的數字式電子熱量秤設計問題展開的分析，能夠使有關研究領域存在的空白得到彌補。

參考文獻：

[1]江杭軍，朱型存，施燁凱等. 基于單片機數字式智能電子熱量稱的設計[J]. 電子世界，2013，17：138.

[2]高金法，袁淑芳. 熱量表存在的電磁兼容問題及解決方法探討[J]. 大眾標準化，2014，01：57-59.

[3]高正中，劉超，李世光等. 基于MSP430的超聲波熱量表設計[J]. 自動化與儀表，2015，03：19-22.endprint