本文介紹了一種基于單片機(jī)的集教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、科研為一體的電子稱的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為主要控制核心， 可實(shí)現(xiàn)去皮，清零,計(jì)價(jià),金麴累加，超重聲光報(bào)警等功能。利用電阻應(yīng)變片搭建惠斯通電橋自制了稱重傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過 HX711和LCD1602芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的AD轉(zhuǎn)換和顯示。通過檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，本自制電子秤具有測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)因其 制作簡(jiǎn)單和操作快捷等特點(diǎn)，可作為一個(gè)典型教學(xué)樣板更好地服務(wù)于廣大單片機(jī)愛好者和學(xué)生的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)。

0.引言

電子秤是日常生活和工作中最為常用的電子器件，廣 泛應(yīng)用于大中小型商場(chǎng)、超市，家庭，工業(yè)包裝、倉儲(chǔ)運(yùn)輸 等領(lǐng)域叱基于"能力為本”的教育理念，為增強(qiáng)學(xué)生單片機(jī) 學(xué)習(xí)積極性，提高實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)，本文提出一 個(gè)自制稱重傳感器的電子秤設(shè)計(jì)。

1.電子秤硬件設(shè)計(jì)方案

該電子秤的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：可設(shè)置單價(jià)（元/克），可計(jì)算 物品金額并實(shí)現(xiàn)金額累加；電子秤稱重范圍5.00g~500g; 誤差精度小于0,5g;以克(g)為單位，數(shù)字顯示被稱物體的 重量;還應(yīng)具有去皮和超重報(bào)警等功能。要求稱重傳感裝 置自制（不能使用商用電子稱的稱重裝置）,硬件電路板需 動(dòng)手焊接或制成PCB板。電子秤的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

電子秤原理：當(dāng)重物放在秤盤上時(shí)，自制稱重傳感器 的鐵質(zhì)懸臂梁因受到外力而發(fā)生形變，安裝在懸臂梁上的 電阻應(yīng)變片將該應(yīng)變轉(zhuǎn)換 為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)傳遞給電 子秤硬件電路板pi。該模擬 量信號(hào)經(jīng)由硬件電路板上 的A/D模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 信號(hào)傳遞給控制核心——

單片機(jī)，進(jìn)行稱重?cái)?shù)據(jù)的 運(yùn)算、處理及其顯示。

1.1電子秤總體設(shè)計(jì) 方案

電子秤應(yīng)具有的功能有:稱重?cái)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù) 據(jù)輸入和數(shù)據(jù)顯示等，通過論證分析，本電子秤的總體設(shè) 計(jì)方案圖，如圖2所示。

1.2硬件元器件選型

1.2.1單片機(jī)選型STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一 種低功耗、高性能的8位微控制器。高性價(jià)比、高靈活性、 強(qiáng)抗干擾力等優(yōu)點(diǎn)使其在嵌入式控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)訓(xùn)中 得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2.2稱重傳感器選擇稱重傳感器是將物體的重量 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置，它的設(shè)計(jì)將直接 影響電子秤的性能優(yōu)劣，是自制電子秤最為關(guān)鍵的部件。

從精度、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、可操作性等方面考慮，本設(shè) 計(jì)將采用自制電阻應(yīng)變式稱重傳感器。電阻應(yīng)變式壓力傳 感器是目前應(yīng)用最廣的一種稱重傳感器，主要由電阻應(yīng)變 片和金屬?gòu)椥栽M成。通過將4個(gè)應(yīng)變片引線連接成惠 更斯電橋后，利用應(yīng)變膠將電阻應(yīng)變片粘貼在懸臂梁上來 實(shí)現(xiàn)，惠更斯電橋如圖3所示[4)。

稱重時(shí)，當(dāng)金屬?gòu)椥栽芰Ξa(chǎn)生變形時(shí)，電阻應(yīng)變 片受壓彎拉伸，阻值變化,從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng) 的差壓信號(hào)，從而將物品重量信號(hào)轉(zhuǎn)化成電量輸出。

1.2.3 AD轉(zhuǎn)換芯片HX711具有抗干擾能力強(qiáng)、

可靠性高、響應(yīng)速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一款專為高 精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。本設(shè)計(jì)將 選用HX711A/D轉(zhuǎn)換器芯片。

1.2.4數(shù)字顯示與傳統(tǒng)數(shù)碼管相比,LCD1602液 晶顯示模塊具有功耗低、體積小、顯示穩(wěn)定、顯示內(nèi)容 豐富等特點(diǎn)，是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示 器件。本設(shè)計(jì)將選用LCD1602液晶顯示模塊。

基于上述設(shè)計(jì)選擇，本設(shè)計(jì)將以STC89C52單片 機(jī)為控制核心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，采用24位AD轉(zhuǎn)換芯 片HX711對(duì)傳感器采集到的模擬量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn) 換后的數(shù)據(jù)送到STC89C52單片機(jī)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)顯 示由LCD1602液晶實(shí)現(xiàn)。電子秤硬件電路設(shè)計(jì)如圖4 所示。

2.電子秤軟件程序設(shè)計(jì)

本電子稱設(shè)計(jì)編譯環(huán)境為keilUV4，采用C語言 編程。軟件編程主要包括：初始化，按鍵檢測(cè)，數(shù)據(jù)采 集、數(shù)據(jù)處理及顯示幾個(gè)部分'主程序流程圖如圖5 所示。

3.設(shè)計(jì)實(shí)物及結(jié)果測(cè)試

3.1設(shè)計(jì)實(shí)物

本電子秤總體設(shè)計(jì)實(shí)物如圖6所示，電子秤硬件 電路板制作實(shí)物如圖7所示。

3.2測(cè)試結(jié)果

表1數(shù)據(jù)說明，通過一系列功能測(cè)試，本自制的電子秤,可通按鍵最終實(shí)現(xiàn)去皮，清零，計(jì)價(jià)，金額累加，超重聲 光報(bào)警等功能，誤差率可控制在0.38%左右，且可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定定快速的數(shù)據(jù)處理及顯示。

4.結(jié)論

本自制電子秤可實(shí)現(xiàn)去皮，清零，計(jì)價(jià)，金額累加，超 重聲光報(bào)警等功能。具有測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，制作和操 作簡(jiǎn)單快捷等優(yōu)點(diǎn)，作為一個(gè)典型案例非常適合于廣大單 片機(jī)愛好者和學(xué)生的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)等環(huán)節(jié)。