基于51单片机的电子秤设计

设计研发2019.11基于51单片机的电子秤设计张祥豫1 ，鲁西坤1 ，侯凡博1，张涛2（1.安阳工学院电子信息与电气工程学院，河南安阳，455000；2.国家电网安阳供电公司，河南安阳，455000）摘要：电子秤的功能需要更加全面，更加综合，误差更小，同时在这些需求的基础之上，有些电子秤还需有更加快速的进行量产，这就要我们在设计电子秤的时，全面考虑电子秤的原理、传感器以及材料的选择。本文是利用51单片机对电子秤的设计，与传统的电子秤相比功能更加全面，误差更加小，灵敏度更加精细。关键词：单片机；传感器；称重；计价Design of Electronic Scale Based on 51 Single Chip MicrocomputerZhang Xiangyu1,Lu Xikun1,Hou Fanbo1,Zhang Tao2（1.Departments of Electronic Information and Electrical Engineering,Anyang Instttute of Technology, Anyang Henan,455000;2.Anyang Power Supply Company of State Grid,Anyang Henan,455000）Abstract:The function of the electronic scale needs to be more comprehensive, more comprehensive, and the error is smaller. At the same time, on the basis of these needs, some electronic scales need to be mass-produced more quickly, which requires us to design the electronic scale. Time to fully consider the principle of electronic scales and the choice of sensors and materials. This article is the use of 51 single-chip electronic scale design, compared with the traditional electronic scales, the function is more comprehensive, the error is smaller, the sensitivity is more refined.Key words: single chip; sensor; weighing;valuation

0 引言

自20世纪80年代以来，我国电子称重系统从最初的机电组合逐步向目前的智能化、全电子化、数字化转变。在未来科技的发展进步中，计算机系统将首当其冲的接受技术和使用的普及，从而对电子秤的发展有更快更好的促进。

电子秤广泛应用于日常生活工作中，在市场中的应用是最常见的，在一些工厂中的电子秤则不是一般的电子秤，它根据需要来设计功能。结构上与现代电子秤和杠杆原理称重工具大有不同，在原理上更是相差甚远。现代的电子秤有以下优点：准确度高，应用范围广，操作简便等，是一种较为新型的称重仪器。目前市场上使用的称重工具具有复杂的结构或不可靠的操作，高成本，准确性和稳定性。

未来基于微电子处理器的电子秤，集成芯片的发展以及广泛的应用，使电子秤技术逐渐从传统的功能单一，结构简单上突破。它在现代计算机和集成化芯片的发展背景下，逐渐表现出模块化，小型化，集成化的特点。同时，新技术的发展带动其他学科的发展，使电子秤的精度，稳定性，可靠性，使用范围都有较大的提高。

系统采用STC89C51为控制核心，利用模块化的设计方法，硬件结构主要包括称重模块，数据采集和处理模块，最小系统模块，键盘和显示模块。软件部分用C语言编写，以控制每个部分，可以实现称重，去皮，归零，定价和显示的功能。电子秤的最大称重重量为5千克，分度值为0.001克。

1 系统的总体设计方案

数据采集与处理模块、单片机最小系统模块、键盘模块和显示模块是本系统的四大模块。其总体设计示意图如图1所示。

该系统的功能原理是将称重对象放置在平台

图1 总体设计方框图

超重警报模块数据采集模块单片机最小系统键盘模块显示模块上，称重对象产生的重力使其变形，产生的力传递给传感器，使传感器产生电效应，形成称重对象重量与电的功能关系。一般来讲，传感器产生的电信号非常的小，不足以灵敏地检测，需经过放大器进行放大，在前段进行线性处理，单片机通过不断地扫描，对这时候键盘输入的内容和目前装置的状态进行分析和确定。再经过软件进行相应的进一步的运算，然后将其传送到内存器中，并使用键盘输入内容和各种指令进行必要的判断和分析。微处理器发出相应的指令后，数据开始从存储器中被读出，最后一步也就是这些工作的目标就是将得出的结果显示在显示器上。

整个过程看似非常复杂，其实原理比较简单，将需要称重的物体的重力转化成传感器可以接收到的压力信号，而后传感器工作，数据模拟转换器进行数模转换，单片机进行处理数据后，将数据发送到显示端，最后，显示屏幕上显示结果。

2 系统的硬件设计

根据本系统想要实现的目标，所设计的系统硬件电路系

322019.11设计研发JP216022.2 A/D转换器电路的设计为高精度电子秤设计的HX711是一个24位A/D转换器芯片，采用海芯技术集成的电路。跟其他不同种类型的芯片相比，可以说是涵盖了所RT112345678910k109876512U2HX711VCC3VCCB+B-A+A-E-E+R610K135VCCSCKDTGNDR71KVCC12345678910111213141516VCC4039383736353433323130292827262524232221100uFVCCGNDVCCV0RSR/WEND0D1D2D3D4D5D6D7AKP1DC1234C4SZ135246C310uFR110KS17VCCP10P11R2R34.7K4.7KSWITCHS11S2S3S412233AAS54S6S7S8Y1C130P12M1234567891011121314151617181920U1P1.0VCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RESETP0.7P3.0/RXDEA/VPP3.1/TXDALE/PP3.2/INT0PSENP3.3/INT1P2.7P3.4/T0P2.6P3.5/T1P2.5P3.6/WRP2.4P3.7/RDP2.3X2P2.2X1P2.1GNDP2.01234有其它不同种芯片的优点：稳压电源、片上时钟振荡器、以及所需要的外围电路等，HX711芯片有很多优点例如它的集成完整度高、响应的速度快捷、抗干扰的作用强等特点。跟其他的不同种类型的相比具有良好246VCCVCCFMQC230P的性能和可靠性。HX711电路如图3所示。45566BBP11R41KD1LEDP10R52.2KQ19012S97S10S119S12C2.3 显示模块的选择经过调查以及对比之后，决定使用由LCD1602液晶显示屏作为系统的显示模块。液晶显示器广泛应用于日常生活中，例如：手机，电脑，电视等电子产品。而LCD1602是应用最7889CS13*S140S15#S16D*0#D图2 系统硬件电路图统共包含单片机外围电路、称重传感器电路、A/D转换电路、显示电路和按键电路五部分组成。其中，主控芯片单片机，选择常见的STC89C51系列单片机，该单片机外围电路简单，功能多，能够满足本设计的所有功能。

多的液晶显示型号。它具有很多的优点：显示质量高，反应灵敏，低价，生产工艺简单，便于量产，功耗低，也是市面上我们能比较容易买到的液晶显示屏幕。

2.4 按键模块电路的设计

按键模块的设计采用4×4矩阵键盘。该设计的单价可以由键盘输入，同时计算出相应的价钱。在实际测量过程中，测量值的输入量，如时间、数值都是不断变化的模拟量，模拟量在输入单片机进行处理。按键模块的电路如图4所示。

2.1 称重传感器选型

本设计选择电阻应力传感器，其工作原理是当称重物体放在承重装置上时，产生的力会使应变计的电阻片产生形变。电阻应力传感器主要由弹性元件，电阻应变仪等组成。测量电路的作用是检测应变仪电阻器的波动，然后将其转化为与需要称重物体所产生的外力大小成比例的电信号输出。电信号在被处理以后电信号在液晶显示器中显示出来，从而可以很容易读出需要测量重物的重量。电阻应力传感器的量程比较广，从0克至数千克不等。它的结构简单，性能稳定，可靠性好。系统硬件电路设计如图2所示。

图4 按键模块电路图

3 系统软件设计

3.1 主程序设计流程图

首先，单片机需要完成初始化程序，液晶显示屏幕需要初始化显示，键盘扫描是否有按键被按下，如果有按键被按下，再根据按下按键的不同，进行不同任务的操作。系统主程序流程图如图5所示。

3.2 显示程序流程图

显示器是由LCD1602液晶显示屏组成。LCD1602是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。LCD1602液晶显示的原理是利用液晶的物图3 HX711电路

理特性，通过电压对其显示区域进行控制，即可以显33设计研发示出图形。其工作流程图如图6所示。开始2019.11初始化LCD1602开机画面显示重量、单价和总价数据结束 图6 显示程序流程图 图7 键盘程序流程图参考文献[1]郭天祥.51单片机C语言教程[M].电子工业出版社,2009.[2]张非凡,周志宾.基于单片机控制的电子秤设计[J].数字技术与应用,2018,36(01):15-16.[3]刘恒瑞.基于MSP430单片机的电子秤设计[J].电子技术与软件工程,2018(02):244-245.[4]梁小洁,张薇,罗重阳,等.基于单片机的电子秤设计[J].电子设计工程,2018,26(04):154-157.[5]邝耀强.基于单片机电子秤设计研究[J].电子测试,2018(12):12-13.[6]卢奇麟,吴皓清,屈睿. 基于STM32F1单片机的电子秤设计[J].科技传播,2018,10(15):131-134.[7]周琳海,留黎钦.基于51单片机的电子秤设计[J].广东通信技术,2018,38(11):59-63.[8]葛笑寒.基于单片机的电子秤硬件系统设计[J].时代农机,2019,46(02):109-110+115.[9]江天亮.基于单片机和传感器的电子秤系统教学设计与实现[J].电子测试,2019(10):8-9+15.图5 主程序设计流程图3.3 键盘程序流程图在系统设计中，使用4×4矩阵键盘，单片机定期依次工作，其工作流程图如图7所示。4 结论本文设计了一种基于单片机的小型称重电子秤，称重范围在0-5kg，精确程度为0.001g， 通过各个模块的设计，能够完成显示质量高，反应灵敏，功耗低、称重范围恰当等任务，例如菜市场、超市、商店零售等场合均适用。该系统在设计前，也做了充分地调查，在深入了解的基础上进行设计而成的，采用的液晶显示屏幕最终能够显示单价，总价。（上接第29页）出为24V、50Hz的标准正弦波交流电。采用Boost升压和全桥逆变两级变换，在控制电路上，前级Boost升压电路采用UC3843芯片控制，准闭环稳压反馈；逆变部分采用驱动芯片TLP250高速光耦对全桥逆变进行隔离控制，采用单片机IAP15F2K61S2产生SPWM波并且对其的死区、时序控制，后级输出电压采用小型工频变压器进行采样反馈，再由单片机IAP15F2K61S2的ADC稳压形成双重反馈环节，增加了光伏逆变器的稳定性；后级输出电流采用ACS712芯片进行采样反馈，实现过载和短路保护。利用单片机IAP15F2K61S2的内部资源实现光伏电池组输入电压过压/欠压保护、过热保护等多重保护功能电路，增强了该逆变器的可靠性和安全性。利用LCD1602液晶显示屏和声光报警电路实现整机工况显示、故障显示及报警。

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