基于STC89C52單片機的智能電子稱設計

彭茗，王凌志，時慧慧

（南京工程學院自動化學院，江蘇南京，211167）

0 引言

隨著電子技術發(fā)展及傳感器技術廣泛應用，電子稱重技術日益成熟。尤其是微處理器的出現(xiàn)，進一步發(fā)展了電子稱重技術，電子稱量裝置憑借其反應靈敏、顯示直接、數(shù)據(jù)準確、性價比高等優(yōu)勢受到大家歡迎。綜合上述因素而設計一款基于單片機的智能電子稱。

1 系統(tǒng)基本原理

智能電子秤主要工作原理：稱盤上放有物品時，會對傳感器形成一壓力，使得傳感器隨之產生力-電效應，將物體的重量轉換成與被稱物體重量成一定函數(shù)關系的模擬電信號，經電路放大、濾波，模數(shù)（A/D）轉換，送CPU處理，同時能從鍵盤輸入及軟件控制輸出到顯示器或打印機[1]。

電子秤的系統(tǒng)方案設計，需考慮器件成本、技術可行性、實用性等綜合因素，其系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

圖1 基于單片機的電子秤硬件方案

2 硬件組成及配件選用

■2.1 信號采集部分

信號采集部分主要通過傳感器傳來的模擬量信號送入STC89C52的A/D轉換器的模擬輸入通道來完成信號的采集。其中的傳感器選擇的是電阻應變式稱重傳感器，選用HX711芯片作為模數(shù)轉換器。

2.1.1 傳感器的選擇

電子稱可使用的傳感器型號規(guī)格繁雜，不同的方案將影響到產品最終的成本價格、系統(tǒng)性能、尤其是測量精度及可靠性穩(wěn)定性等，差異很大。本系統(tǒng)設計基于上述多種因素加以反復比較、綜合考慮，最終確定采用電阻應變式壓力傳感器相比更適合本設計需求。

2.1.2 AD轉換芯片選擇

方案1：HX711是24位A/D轉換器芯片，專門為高精度電子秤而設計。HX711與同類型其它芯片相比，集成了包括穩(wěn)壓電源、片內時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路,具有集成度高、響應速度快、抗干擾性強等優(yōu)點[2]。

方案2：AD7655是在單芯片中集成了6個16位、快速、低功耗、逐次逼近型ADC。內核由4.5V至5.5 V的單電源供電，它具有最大 4 LSBSINL，最高吞吐量可達250kSPS。該器件具有寬帶寬采樣保持放大器、低噪聲，可處理高達8 MHz的輸入頻率。

綜合考慮經濟實用等因素，最終選擇HX711芯片作為我們的AD轉換芯片。

■2.2 STC89C52芯片與電路

2.2.1 系統(tǒng)核心STC89C52概述

STC89C52單片機是系統(tǒng)核心，是8051單片機系列的升級換代產品，它的內部集成了專用電路,使運行更加快速，它的輸入輸出接口豐富，可以輕易實現(xiàn)多而繁的功能。它是一種低功耗、高性能的CMOS 8位單片機，它包含8KB ISP的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器。該器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術制造、兼容標準 MCS51指令系統(tǒng)和80C51引腳結構[3]。既可以作為電路的主控制器，又可以作為前端操作系統(tǒng)。它具有可靠性高、功耗低、體積小、系統(tǒng)易擴展等優(yōu)點，在工業(yè)生產方面應用廣泛[4]。

2.2.2 單片機最小系統(tǒng)設計

單片機最小系統(tǒng)主要有晶振電路、復位電路、和電源電路等組成（見圖2）。

■2.3 顯示功能

本設計顯示功能采用LCD12864液晶模塊。LCD12864有著功耗低、體積小、重量輕、超薄等諸多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點，近幾年來，它廣泛應用于單片機控制的智能儀器儀表和小功率電子產品中。該模塊有整體的圖形點陣顯示,所以用它來顯示圖形和字符，顯示清晰全面。電路圖如圖3所示。

圖2 單片機最小系統(tǒng)設計

圖3 LCD12864原理圖

■2.4 現(xiàn)場通信

2.4.1 藍牙技術

藍牙技術是一種近距離無線通信技術,由于它具有安全性高和受干擾性小的特點近年來得到了廣泛應用。通過單片機對藍牙模塊進行開發(fā)，建立藍牙模塊與藍牙手機之間的通信，實現(xiàn)藍牙手機對單片機和藍牙模塊系統(tǒng)的控制。同時，藍牙模塊具有與特定藍牙設備綁定的功能，將其運用在嵌入式安全系統(tǒng)中，可大大提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性[5]。

2.4.2 HC08藍牙模塊

系統(tǒng)設計時，將HC-08模塊連接到開發(fā)板上，每一個供電模塊就是一個藍牙節(jié)點，此時打開手機的藍牙功能，即可搜索到該藍牙設備。

圖4 智能電子稱手機端

在手機上安裝相應的軟件就可實現(xiàn)與HC-08模塊的無線通信并且通過串口引腳可以達成與單片機的通信，實現(xiàn)手機控制開發(fā)板動作（見圖4）。

藍牙電路圖由AMS1117，HC-08等模塊組成，其中AMS1117的作用是將5V的電源降壓成3.3V給HC-08模塊供電，其中開發(fā)板預留了排針，供HC-08芯片使用，見圖5。

圖5 藍牙模塊原理圖

■2.5 報警電路

報警電路由放大電路，蜂鳴器等組成，當所稱量物體超出最大測量值時，P37端口電平變高，三極管導通，蜂鳴器報警。電路圖如圖6所示。

圖6 報警電路原理圖

3 軟件設計

本設計的軟件控制主要組成部分為系統(tǒng)初始化、按鍵檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及顯示等。這幾個部分全部采用模塊化設計, 方便在主程序中調用。系統(tǒng)上電后, 首先進行的操作是信號放大電路的初始化，包括單片機的初始化、AD模塊的初始化等。然后由傳感器采集數(shù)據(jù), 采集的數(shù)據(jù)經單片機處理后，在液晶模塊上顯示, 如果檢測到按鍵信號,就根據(jù)按鍵所傳遞的信息，調用相應的子程序。主程序流程圖如圖7 所示。

圖7 系統(tǒng)主程序代碼框架圖

4 調試與總結

稱重調試過程中,依次增大砝碼質量，使砝碼的重心在傳感器測試區(qū)的中心（見圖8）。

圖8 智能電子稱樣機

待顯示值穩(wěn)定后，記下顯示值。通過多次重復測量并記錄砝碼的實際重量和系統(tǒng)所測量的值（見表1），砝碼由輕到重一次連續(xù)增加，不要進行中途撤去砝碼[6]。

表1 測量數(shù)據(jù)

基于STC89C52單片機平臺，運用可有效減少稱重誤差的HX711高精度芯片，可使用手機藍牙通信或按鍵方式等設置單價進行總價計算，并通過顯示器顯示計算結果，電子秤達到了設計目標要求。