基于單片機的便攜式電子秤設計與仿真＊

朱洪浪，譚 浩，曾陳萍，董加強，向鎳鋅

（西昌學院信息技術學院，四川 涼山彝族自治州615000）

1 引言

隨著中國經濟飛速發展，百姓生活質量也迅速提升，特別是國內消費能力變得越來越強。在消費中使用的計量工具呈現出多樣化形態，特別是稱重工具，如桿秤、彈簧盤秤、臺式電子秤[1]。雖然這些稱重工具被廣泛使用在日常貿易，但依然存在很大局限，如成本高、體積大、交流供電、商販易更改[2]。因此隨著微處理和傳感技術發展，為適應更高要求的稱重技術，設計一款具有輕便、操作簡單、功耗低、成本低的多功能便攜式電子秤，其價值十分明顯[3]。

本設計采用了低功耗芯片、高精度模數轉換器來實現，具有測量精度高、制造成本低等優勢。主要功能：稱重計量、電量監測、重量顯示、超重報警、低電量報警。檢定范圍為0～10 kg，測量精度為5 g。

2 方案設計

本電子稱采用模塊化設計法，以單片機為信息運算處理核心，主要包括稱重和電源監測模塊。電源監測采用5 V電池供電，首先經采樣電阻獲取電壓，模數轉換后給單片機。然后單片機通過掃描與功能按鍵相連的引腳，并判斷各引腳電平、功能按鍵的狀態。最后單片機計算電源電量，并顯示電源和判斷是否低電壓報警。稱重模塊首先由橋式電阻應變片傳感器產生力電效應，將待稱物品重量信息轉換成應變片電阻變化，則HX711輸入端電壓發生變化。然后單片機接收HX711輸出的信號，掃描按鍵狀態和引腳電平，判斷按鍵輸入信息、功能按鍵開關狀態。最后計算得到待稱物品重量，在液晶顯示屏上顯示。

3 硬件系統設計

電子秤硬件系統：電源監測、重量檢測、功能按鍵和LCD顯示電路，如圖1所示。

圖1 電路原理圖

3.1 電源監測電路

圖1中BAT+為電池電源，電源監測包括電源電量監測、低電壓報警。其中，電源電量的監測方面，經R8、R9兩個采樣電阻獲取電池電壓，輸入給ADC0832的CH0端口，再將電壓信號轉換成數字信號傳輸給單片機，最后在LCD上顯示出電池電量。當電池電量低于最低電壓時，通過單片機P1.1口控制蜂鳴器，實現電池低于最低工作電壓的低壓聲報警功能。

3.2 重量檢測電路

如圖1中重量檢測電路，主要是將重量信息轉換為單片機可以處理的數字信號。首先將待稱物品放置在橋式電阻應變片傳感器JP2之上，不同重量的待稱物品會引起橋式電阻兩端的電壓發生變化。然后將HX711的E+和E-作為電橋的激勵電壓輸入端，A+和A-作為電壓輸出端，即可檢測橋式電阻兩端的電壓信號。但是此時檢測到的電壓信號比較微弱，最后通過HX711放大處理后傳輸給單片機，完成待稱物品重量信息到數字信號的轉換，即檢測到待稱物品的重量。當待稱物重量超過10 kg時，通過P1.0口控制D1 LED燈閃爍，同時P1.1口控制蜂鳴器發出鳴叫，提醒用戶待稱物品重量超過量程。

3.3 功能按鍵電路

如圖1中K1為去皮功能，K2為校正功能中校準減，K3為校準加，K5為背光功能。如果K1被按下，在P3.0的引腳上得到清除皮重的指令，從而進行去皮；如果K2被按下，P3.1引腳為低電平，單片機開始執行校正程序，并將偏大的數值減小，同時在LCD上顯示當前校準值；如果K5鍵被按下，P3.3引腳為低電平，單片機開始執行背光程序，LCD表現為背光。

4 仿真

便攜式電子秤整體電路仿真如圖2所示，實現仿真的步驟如下：①在Keil中編寫主程序和模塊程序代碼，導出HEX；②將HEX文件導入Proteus單片機中；③Proteus仿真調試電量顯示、低壓報警、稱重顯示、超重報警等功能，驗證電子秤設計的有效性。

圖2 仿真測試圖

4.1 電源監測仿真

按下復位按鍵、松開，能復位，則復位電路正常；編寫顯示程序寫入單片機，顯示正常，則顯示電路正常。最后測試電源監測數據讀取與顯示程序，如圖2中的BAT，為3.90 V。

通過滑動變阻器RV1模擬采集電壓，當電池使用一段時間后，電量慢慢降低至3.65 V以下，電池電源的電量低于了便攜式電子秤工作的最低電壓3.65 V時，低壓報警模塊電路中的BUZ1蜂鳴器鳴叫，仿真模擬低電壓報警功能。

4.2 稱重仿真

采用按鍵增減HX711的輸入量模擬待稱物品重量。當按“增加”鍵時，重量顯示相應增加；按“減少”鍵時，則相應減少。當加至10 kg以上時，重量顯示為--.---0 kg，此時超重報警燈閃爍，蜂鳴器叫，提醒重量超過量程。

4.3 功能選擇仿真

當待稱物需去皮時，假設圖2的3.9 kg為皮重，按“去皮”按鍵，則去皮，并顯示為00.000 kg。當電子秤發生零點漂移時，通過按下校正校準減按鍵，將零點重量為00.000 kg。

LCD背光功能無法在仿真軟件中實現，故采用LED燈亮滅模擬背光。當背光控制按鍵按下時，蜂鳴器響，LED燈常亮。而沒有選擇背光功能，LED燈滅，以此來模擬仿真背光效果。

5 結語

本文基于STC89C52RC單片機提出了一個模塊化設計方案，該設計由電源監測、稱重、顯示模塊組成。主要將電量顯示、低電量報警、稱重顯示、稱重去皮等多種功能集成在一起。主要功能實現過程為：①通過采樣電阻獲取電壓，轉換后經單片機處理，在LCD上顯示電量，實現電量實時監測。當電量低于最低的系統工作電壓時，實現低電量報警。②采用橋式應變片測定待稱物引起的電阻變化，轉換后經主控芯片處理，在LCD上顯示重量。當待稱物超過10 kg，實現聲光過載報警，同時還設置去皮、校準、背光功能。③采用AD繪制原理圖，Keil編寫相關程序，Proteus模擬仿真，驗證了本設計的有效性和可行性。該便攜式電子秤裝置電路簡單、性能穩定、抗干擾能力強、可靠性高、搭建方便、易于擴展。