2016年全国大学生电子设计竞赛简易电子秤

1、2016年全国大学生电子设计竞赛简易电子秤（ D 题）高职组摘要：系统以 STC12LE5A60S单2 片机为主控器， 设计一款一个以电阻应 变片为称重传感器的简易电子秤。 该系统包括单片机主控模块、 重量 传感器模块、语音模块、键盘输入模块、显示模块、电源模块。重量 传感器完成被测物体的重量信息采集； 独立式按键设定被测物的单价； 采用直流稳压输出电源 5V和 3V 为系统提供工作电源。 系统制作成本 较低、工作性能稳定，能很好达到设计要求。关键词： HX711、 WTV020-SD语音模块。目录1 设计任务与要求 11.1 设计任务 11.2 技术指标 11.3 题目评析 12 方案比较与

2、选择 22.1 单片机模块选择 22.2 压力传感器选择 错 误 !未定义书签。2.3 PCA和AD 转换模块的选取 错误!未定义书签。2.4 语音模块选择 错 误 !未定义书签。2.5 输入按键模块选择 错 误 !未定义书签。2.6 电源模块选择 错 误 !未定义书签。2.7 显示模块选择 错 误 !未定义书签。3 电路系统与系统设计 错 误 !未定义书签。3.1 系统总体设计 错 误 !未定义书签。3.2 单片机最小系统设计 错 误 !未定义书签。3.3 压力传感器模块设计 错 误 !未定义书签。3.4 语言模块设计 错 误 !未定义书签。3.5 输入按键模块设计 3.6 电源模块设计 错

3、 误 !未定义书签。3.7 显示模块设计 错 误 !未定义书签。3.8 程序设计 错 误 !未定义书签。4 系统测试 错 误 !未定义书签。5 总结 错 误 !未定义书签。参考文献 错 误 ! 未定义书签。附录 系统原理图 错 误 !未定义书签。1 设计任务与要求1.1 设计任务设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤，电子秤的结构 如下图 1。所示。图 1 ：电子秤的结构图1.2 技术指标（ 1）电子秤可以数字显示被称物体的重量，单位克（ g）； （2）电子秤称重范围 5.00g500g；重量小于 50g，称重误差小于 0.5g ；重量在 50g 及以上，称重误差小于 1g。（3）

4、电子秤可以设置单价（元 / 克），可计算物品金额并实现金额累加。（ 4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过 100g（5）其他。（6）设计报告：1.3 题目评析根据设计要求，对题目评析如下： 本题的重点： 设计合适的机械结构，选择适当的压片器 传感器灵敏度的选择。 本题的难点： 减小测量误差。2 方案比较与选择2.1 单片机模块选择方案一：采用 STC公司生产的 STC12LE5A60S芯2 片，这块单片机单指令周期而且是低压 3.3V 工作，满足对于 SD卡的 3.3V 电平。方案二：采用 STC公司生产的 STC89C252RC芯片，它的指令代码完全兼容 传统 8051 且单片机程序编写简

5、单、价格低廉。对比两个方案，综合考虑系统需要，方案一能满足系统控制要求。2.2 压力传感器选择方案一：采用的是惠更斯电桥，当弹性承受载荷产生变形时，电阻应变片 （转换元件）收到拉升或压缩应变片变形后，他的阻值将发生变化（增大或减 小）。从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。方案二：采用四个应变式压力体重传感器组成全桥电路，这样对压力的灵 敏度将会比惠更斯电桥增加一倍以上，这样测量的精度将更加准确，而且机械 滞后小、横向效应小以及本身体积小。综合上述两种方案，我们采用全桥电路模型的压力传感器，称重范围为5Kg，满足题目要求的 1kg5kg 的测量范围。2.3PCA和 AD

6、转换模块的选取方案一：采用精密仪放对压力转换的模拟信号进行固定增益放大 , 然后外接 高精度的 AD模块对其进行 AD转换成数字信号交给单片机进行处理。方案二：采用集成芯片 HX711，其内部自 PGA和24位 AD,24位的精度完全 能够准确的分辨出题设中的 1g 的精度变化。综上所述，我们选取方案二 , 因为方案二采用的集成芯片不但简单而且高效，相比方案一节省了很多电路的调试时间而且降低了实物制作的面积。2.4 语音模块选择方案一：采用 WTV020-SD语音模块 , 它是一款可重复擦写语音内容的大容量 存储类型的语音模块。方案二：采用 WT588D语音模块，芯片功能强大，但是价格较高。综

7、合上述两种方案我们最终选取方案一，此方案能够满足系统的要求而且 性价比较高。2.5 输入按键模块选择方案一：采用按键矩阵的方式，这样可以大大减少 I/O 口的使用同时增加I/O 口的复用。方案二：采用单独的按键控制，这样的优点是程序代码简单，但是因为实 际所需要的按键过多，这样就增加了单片机 I/O 口的使用。综合上述两种方案我们最终选取方案一，此方案使我们能够减少单片机I/O 口的使用，节省了 I/O 资源。2.6 电源模块选择 方案一：采用直流稳压电源。线性稳压电源制作简单，输出稳定，但价格 较高。方案二：采用开关电源。开关电源功率大，效率高，性价比相对较高 综合考虑，方案二可以满足系统要

8、求。2.7 显示模块选择方案一：采用 LED1602显示屏，它的优点是其外围电路简单，程序代码简 单，缺点是显示范围小不支持中文显示。方案二：采用 LCD12864显示屏，它显示范围大且支持中文显示。 综合考虑，我们选择了方案二，因为它支持中文显示可以满足系统要求。3 电路系统与程序设计3.1 系统总体设计选择 STC12LE5A60S2作为主控 MCU，通过独立按键来设定被测物体的单价， 单片机通过重量传感器采集重量信息，通过语言模块提示和 LCD12864液晶进行 实时显示数据。系统硬件总体框图如 3.1 所示：图 3.1 ：系统硬件总体框图3.2 单片机最小系统设计STC12LE5A60

9、S单2 片机最小系统，就是使单片机正常运行的最低配置：它有 复位系统和时钟系统两个系统构成：3）电源系统： VCC,和 GND引脚，供电电压 3.3V.STC12LE5A60S单2 片机最小系统电路图如图 3.2 所示。图 3.2: 单片机最小系统电路图3.3 压力传感器模块设计HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的 24 位 A/D 转换器芯片HX711的外围电路如图 3.3 所示3.4 语言模块设计WTV020-SD语音模块原理图如图 3.4.图 3.6: WTV020-SD语音模块 模块电路图3.5 输入按键模块设计矩阵按键控制模块的连接如图 3.5 所示。图 3.5: 输入按键模

10、块电路图3.6 电源模块设计 电源模块用于为系统中各个部分提供稳定可靠的电压 电源电路是一个设计中最关键的部分，各个模块要想正常工作都需要提供合适 的电源。相应的电源模块的原理设计如图 3.6 所示（输出 5V电源和 3V 电压）图 3.6: 电源模块电路图3.7 显示模块设计LCD-12864是一种图形点阵液晶显示。LCD12864特性：工作电压为 +5V10% 显示内容： 240128 点，可显示 15 个（/ 行）X8共 120个（16 16 点阵）的中文字符其接口电路如图 3.7 所示。图 3.7: LCD12864 电路图3.8 程序设计程序流程如图 3.8 所示图 3.8: 程序流程图4 系统测试开始加入 50g 的砝码，每次增加 50g, 共测试 5 次，以便了解精准度测量次数12345实际重量 (g)测量重量 (g)测量误差 (g