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摘 要：设计以单片机STC89C52RC为控制核心，实现电子秤的基本策略及计算功能。该系统可以分为单片机最小系统、数据采集系统、人机交互界面系统、电源系统五大部分组成。可以实现称重范围为0～5Kg，重量误差不大于±0.005Kg。
关键词：单片机；显示器；电子秤
单片机最小系统部分主要包括STC89C52和经典复位电路；数据采集部分由称重传感器、信号放大和A/D转换部分组成，信号放大和A/D转换部分主要由专用型高精度24位AD转换芯片HX711实现；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用4*4矩阵键盘和1602液晶显示器，可以方便的输入数据和直观的显示数据；时钟模块主要由时钟芯片DS1302和时钟电路组成；语音报数模块可语音报读电子秤系统的重量、单价、金额等语音内容，主要由SC1010B电子称专用语音芯片实现。
主要完成以下任务
1）系统可实现电子秤的报警功能（称重范围为0～5Kg，重量误差不大于±0.005Kg）；
2）系统应具备输入单价，计算总价及语音报价的功能；
3）系统超出最大测量范围时应有报警指示功能（蜂鸣器报警提示）；
4）完成仿真的设计、驱动设计。
系统的主要组成
基本结构
电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电了秤均由以下三部分组成：
承重、传力复位系统，它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等[1]。
2） 称重传感器
即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。
按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。
对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。
系统计量性能
电子测重系统的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。
（1） 量程：电子衡器的最大称量Max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。
（2） 分度值：电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值。用e或d来表示。
（3） 分度数：衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用n表示。
电子衡器的最大称量Max可以用总分度数n与分度值d的乘积来表示，即Max=n·d
设计基本原理
当被称物体放置在秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（ A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转換以及信号各种运算处理都在仪表中完成[2]。
设计基本方案
结合所学知识，通过查找资料和论证，可通过以下方案来实现课题要求实现的指标，各方案介绍如下所述。
方案一 数码管显示：
此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的载重检测报警系统，硬件部分简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是：硬件部分简单，虽然可以实现电子称基本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。
方案二 在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子称实现称重计价的功能。
此方案设计的载重检测报警系统，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。
方案三 前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施来增加信号采集强度但会增加相应的设计成本；显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容，当需要增加扩展功能时可以通过切换液晶显示界面的方式来实现。
鉴于上述三种方案的优缺点，本系统在设计时充分考虑到系统的实用性及成本的可行性的前提下，设计完成了最终的电子称方案，最终的硬件设计方案图如图5所示，该方案增加了显示功能，从而使本系统的设计功能得到了很好的扩展应用。
参考文献
[1] 曲广浩.新型物位计在电厂固体物位测量上的应用.[J]. 中国仪器仪表，2008，2（1-2）：25-27.
[2] 张凌华.基于MSP430 单片机的气体涡轮流量计设计.天津：河北工业大学硕士学位论文.2008.
作者简介：王召，（1995.08），女，汉族，湖北省孝感人，通信工程专业。
关键词：单片机；显示器；电子秤
单片机最小系统部分主要包括STC89C52和经典复位电路；数据采集部分由称重传感器、信号放大和A/D转换部分组成，信号放大和A/D转换部分主要由专用型高精度24位AD转换芯片HX711实现；人机交互界面为键盘输入和点阵式液晶显示，主要使用4*4矩阵键盘和1602液晶显示器，可以方便的输入数据和直观的显示数据；时钟模块主要由时钟芯片DS1302和时钟电路组成；语音报数模块可语音报读电子秤系统的重量、单价、金额等语音内容，主要由SC1010B电子称专用语音芯片实现。
主要完成以下任务
1）系统可实现电子秤的报警功能（称重范围为0～5Kg，重量误差不大于±0.005Kg）；
2）系统应具备输入单价，计算总价及语音报价的功能；
3）系统超出最大测量范围时应有报警指示功能（蜂鸣器报警提示）；
4）完成仿真的设计、驱动设计。
系统的主要组成
基本结构
电子秤是利用物体的重力作用来确定物体质量（重量）的测量仪器，也可用来确定与质量相关的其它量大小、参数、或特性。不管根据什么原理制成的电了秤均由以下三部分组成：
承重、传力复位系统，它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等[1]。
2） 称重传感器
即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。
按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、卢表面谐振式）或是利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。
对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。
系统计量性能
电子测重系统的计量性能涉及的主要技术指标有：量程、分度值、分度数、准确度等级等。
（1） 量程：电子衡器的最大称量Max，即电子秤在正常工作情况下，所能称量的最大值。
（2） 分度值：电子秤的测量范围被分成若干等份，每份值即为分度值。用e或d来表示。
（3） 分度数：衡器的测量范围被分成若干等份，总份数即为分度数用n表示。
电子衡器的最大称量Max可以用总分度数n与分度值d的乘积来表示，即Max=n·d
设计基本原理
当被称物体放置在秤台上时，其重量便通过秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力一电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系（一般成正比关系）的电信号（电压或电流等）。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（ A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印。一般地信号的放大、滤波、A/D转換以及信号各种运算处理都在仪表中完成[2]。
设计基本方案
结合所学知识，通过查找资料和论证，可通过以下方案来实现课题要求实现的指标，各方案介绍如下所述。
方案一 数码管显示：
此方案利用数码管显示物体重量，简单可行，可以采用内部带有模数转换功能的单片机。由此设计出的载重检测报警系统，硬件部分简单，接口电路易于实现，并且在编程时大大减少程序量，在电路结构上只有简单的输出输入关系。缺点是：硬件部分简单，虽然可以实现电子称基本的称重功能，但是不能实现外部数据的输入，无法根据实际情况灵活地设定各种控制参数。由于数码管只能实现简单的数字和英文字符的显示，不能显示汉字以及其他的复杂字符，不能达到显示购物清单的要求。又因为采用了具有模数转换功能的单片机，系统电路过于简单，系统硬件的扩展必受到限制，电子秤的功能过于单一，达不到设计的标准。
方案二 在前一种方案的基础上进行扩展，增加一键盘输入装置，增加外界对单片机内部的数据设定，使电子称实现称重计价的功能。
此方案设计的载重检测报警系统，可以实现称物计价功能，但是局限于数码管的功能，在显示时只能显示单价、购物总额以及简单的货物代码等。在显示重量时，如果数码管没有足够的位数，那么称量物体重量的精度必受到限制，所以此方案需要较多的数码管接入电路中。这样在处理输入输出接口时需要另行扩展足够多的I/O接口供数码管使用，比较麻烦。
方案三 前端信号处理时，选用放大、信号转换等措施来增加信号采集强度但会增加相应的设计成本；显示方面采用具有字符图文显示功能的LCD显示器。这种方案不仅加强了人机交换的能力，而且满足设计要求，可以显示购物清单、所称量的物体信息等相关内容，当需要增加扩展功能时可以通过切换液晶显示界面的方式来实现。
鉴于上述三种方案的优缺点，本系统在设计时充分考虑到系统的实用性及成本的可行性的前提下，设计完成了最终的电子称方案，最终的硬件设计方案图如图5所示，该方案增加了显示功能，从而使本系统的设计功能得到了很好的扩展应用。
参考文献
[1] 曲广浩.新型物位计在电厂固体物位测量上的应用.[J]. 中国仪器仪表，2008，2（1-2）：25-27.
[2] 张凌华.基于MSP430 单片机的气体涡轮流量计设计.天津：河北工业大学硕士学位论文.2008.
作者简介：王召，（1995.08），女，汉族，湖北省孝感人，通信工程专业。