简易电子X秤论文

智能电子秤设计摘要：本装置以STC89C52单片机为核心控制器，包含了主控制模块、A/DHX711转换与信号放大模块、4X4矩阵键盘模块、12864液晶显示模块、电阻应变式传感器、报警模块等。运用4X4矩阵键盘进行累加乘积计算，当物体超过称重范围时系统自动进行报警。本装置利用电阻应变式传感器检测压力信号，得到微弱的电信号，经过放大电路将电信号送到A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。本装置结构简单，操作方便，精确度高。主控制器接收来自A/D转换器输出的数字信号，将数字信号转换为物体的实际重量从而显示在12864液晶显示屏上。电子秤称重范围5.00g-500g；重量误差小于50g，称重误差小于0.5g；重量在50g及以上，称重误差小于1g。关键词：STC89C52单片机、4X4矩阵键盘、、电阻应变式传感器、HX711转换模块、12864液晶显示第一章.方案选择与论证方案一：本方案设计的电子秤，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，比较麻烦。该结构图见附录图1-2方案二：本方案前端信号处理时，选用信号放大、A/D转换等措施，尤其是在显示方面采用12864液晶显示屏。这种方案不仅加强了人机交换能力，而且满足设计要求，可以显示所称重物体信息相关内容。该结构图见附录图1-1综上所述，方案二更符合电子秤的设计要求。1.1主控制器的论证与选择方案一：采用STC公司生产STC89C52单片机，STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。具有三个16位计数器。方案二：采用ATMEL公司的AT89C51，AT89C51是带4K字节FLASH存储器。带2K字节闪存可编程可擦出只读存储器的单片机，具有两个16位计数器。综上述所知，我们小组选择方案一，STC89C52读写方便。1.2显示模块的论证与选择方案一:全部采用数码管显示，数码管能显示被测物体的重量等信息。此方案显示直观，而且编程简单，但若要同时显示单价，金额等诸多信息则需要大量的数码管。由此增加了电路的复杂程度，也加大了编程的难度。方案二：采用12864液晶显示屏显示，12864显示屏可以设置单价、金额、总价字符等。它具有低功效、可视面大、画面清晰及抗干扰能力强等功能，其显示技术已得到广泛应用。综上所述，我们采用方案二，12864显示屏更符合题目的要求。1.3A/D转换模块的论证与选择方案一：HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其他芯片，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其他同类型所需要的外围电路，具有继承度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。方案二：MAX187串行12位模数转换器可以在单5V电源下工作，接受0-5V的模拟输入。MAX187为逐次逼近式ADC,快速采样/保持（1.5us）,片内时钟，高速3线串行接口。综上述所知，我们小组选择方案一，HX711不用外加放大处理电路，芯片本身自带增益可调放大，这样还可以简化很多硬件电路。、第二章.硬件电路设计2.1单片机最小系统电路单片机最小系统电路包括晶振电路、复位时钟电路。详见附录图2-12.2A/D转换电路的设计HX711与单片机的接口应为3条数据线，分别是DVDD、PD_SCK、DOUT,但由于DVDD端与DOUT端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DVDD和DOUT并联在一根数据线上使用。原理图详见附录图2-22.34X4矩阵键盘电路的设计矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4×4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。原理图详见附录图2-32.412864液晶显示电路的设计12864液晶显示屏属于点阵图形液晶显示模块，不但能显示字符，还能显示汉字和图形。12864液晶显示屏内都会自带背光限流电阻，背光管脚可以直接连接DC5V电源使用。12864液晶显示屏对比度调节的电位器取值10K-20K欧姆。原理图详见附录图2-4。第三章理论分析与计算3.1全桥应变电路分析与计算

Ein为供桥电源电压，当初始有R1R2=R3R4时，则电桥输出电压或电流为零，这时电桥处于平衡状态。其测量原理：用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。由于内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出：公式2-1

本文的目的是设计一智能电子秤，最大称重约为500g，重量误差不大于1g；考虑到与其相配置的各种电路的设计的难易程度和设计性价比，最终选择了HL-8型电阻应变式称重传感器，其称重规模为1kg。3.2放大电路根据要求,A/D转换器的输入电压变化范围是0V～4.999V，传感器的输出电压信号在0～10mv，因此取放大器的放大倍数500。因此代入公式,。第四章.软件设计4.1系统主程序的设计主程序主要完成编程芯片的初始化及按需要调用各子程序，上电启动后，系统初始化，调用置零子程序单片机读取模数转换器的数据，然后调用显示子程序显示重量，同时扫描键盘子程序，调用计算子程序计算价格并显示出来。设计流程图详见附件图4-14.2A/D转换子程序的设计A/D转换启动及数据读取子程序设计主要是上电运行后，HX711完成初始化，把经放大的电阻应变式传感器传递过来的模拟信号转换成数字信号并传递到单片机所涉及到的程序。设计流程图详见附录图4-24.34X4矩阵按键子程序的设计4x4矩阵键盘是运用得最多的键盘形式，初使化时先让P1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，即让P1口输出0xF0。扫描键盘的时候，读P1口，看P1是否还为0xF0,如果仍为0xF0，则表示没有按键按下；如果不0xF0,等待10ms左右，再读P1口，再次确认是否为0xF0，这是为了防止是抖动干扰造成错误识别，如果不是那就说明是真的有按键按下了，就可以读键码来识别到底是哪一个键按下了。按键流程图见附录图4-3。4.412864液晶显示模块子程序的设计显示子程序是字符显示，首先初始化，输出一些基本信息，然后调用事先编好的键盘显示子程序，输出显示命令，显示过程中还需要调用延时子程序。当输入通道采集了一个信号，或人为的键入一个值，或系统与仪表出现异常情况显示管理软件应及时调用显示驱动程序模块，用来更新当前数据显示符号。详见附录图4-4第五章.系统测试（1）通过对大量测试结果进行分析得到的物体实际重量与电子秤称重结果的绝对误差的测试结果见附录表5-1。

通过大量测试结果可以得出：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。

（2）通过对大量测试结果进行分析得到电子秤最小测量和最大测量范围以及在不同温度下称重的测试结果详见附录表5-2。

通过大量测试结果可以得出：电子秤称重范围5.00g~500g致谢本装置设计使用STC89C52单片机作为信息处理核心，实现了智能电子秤装置。在设计中，我们使用了HX711芯片、12864液晶显示模块、电阻应变式传感器等。通过测试，装置完成了题目要求。对自身能力来说也是一种质的提高，也充分体现了团队合作的重要性。在以后的学习和生活中我们还需继续努力，不断学习，不断改善自己，以创造更好的成绩。经过不断的改进程序和电路，一点点的攻克难关，最终很好的完成了设计，在比赛过程中，首先要感谢指导老师对我们的帮助和指导，也要感谢我们的队员，有了他们，我们才能更好的完成设计。参考文献：[1]陈志强,胡辉,单片机应用系统设计实践指南[J],2003

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附录主主主控制器器电源电路数码管显示电源电路数码管显示复位电路复位电路时钟电路时钟电路4X4矩阵按键模块称重传感器模块4X4矩阵按键模块称重传感器模块蜂鸣器蜂鸣器A/D转换模块 A/D转换模块图1-1方案一结构图主主控制器主主控制器器12864液晶显示电源电路电源电路复位电路复位电路时钟电路蜂鸣器时钟电路蜂鸣器称重传感器模块称重传感器模块4X4矩阵按键模块4X4矩阵按键模块A/D转换模块A/D转换模块 图1-2方案二结构图图2-1晶振电路、复位时钟电路图2-2A/D转换电路图2-34X4矩阵按键电路图2-412864液晶显示电路开始初始化初始化调用置零子程序调用置零子程序调用调用AD采集子程序调用调用12864液晶显示子程序调用扫描按键子程序调用扫描按键子程序调用计算子程序调用计算子程序结束图4-1系统总体流程图开始开始HX711HX711初始化启动A/D启动A/D转换否A/DA/D转换完成数据存储是数据存储数据显示返回返回图4-2A/D转换流程图开始开始扫描按键是否按键按下？否扫描按键是否按键按下？推测纵列是推测纵列推测横列结束结束图4-3按键流程图开始图4-4显示流程图返回显示总价定位总价显示坐标求：总价=重量x单价显示单价定位单价显示坐标显示重量图4-4显示流程图返回显示总价定位总价显示坐标求：总价=重量x单价显示单价定位单价显示坐标显示重量定位重量显示坐标秤重结果物体实际重量（g）物体测量重量（g）误差（g）0.00.00.01.01.001.01.30.31010.10.1109.70.3101001010.50.55050.30.35050.50.55049.80.25050.20.2100991100100.50.5100100.70.71001000200200.90.92002011200199.60.4200200.50.5300300.50.53003011表5-1、温度对称重结果的变化物体实际重量（g）温度（℃）物体测量重量（g）误差（g）025001025100102410.20.2102310.50.5102210.60.6102610010279.80.210289.50.5502550.20.2502450.30.3502350.50.5502250.80.85026500502749.70.3502849.20.810025100.50.510024100.80.810023100.50.51002210111002699.50.5100279911002898.71.330025300.50.530024300.80.830023300.90.9表5-1基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制