电子秤解决方案完整

秤是一种在实际工作和生活中时常用到的测量器具。随着计量技术和电子技术的发展，传统纯机械结构的杆秤、台秤、磅秤等称量装置逐步被淘汰，电子称量装置电子秤、电子天平等以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。和传统秤相比较，电子秤利用新型传感器、高精度AD转换器件、单片机设计实现，具有精度高、功能强等特点。本课题设计的电子秤具有基本称重、键盘输入、计算价格、显示、超重报警功能。该电子秤的测量范围为0-10Kg,测量精度达到5g,有高精度，低成本，易携带的特点。电子秤采用液晶显示汉字和测量记过，比传统秤具有更高的准确性和直观性。此外，该电子秤电路简单，使用寿命长，应用范围广，可以应用于商场、超市、家庭等场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。1、采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程0-10kg,测量精度可达2、采用电子秤专用摹拟/数字(A/D)转换器芯片hx711对传感器信号进电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。4、采用128*64汉字液晶屏显示称重分量、单价、总价等信息。5、采用4*4矩阵键盘进行人机交互，键盘容量大，操作便捷。6、具有超量程报警功能，可以通过蜂鸣器和LED灯报警。7、系统通过USB电源供电，单片机程序也可通过USB线串行下载。1、硬件方案单片机电子秤硬件方案如图1所示：称重传感器感应被测重力，输出微弱的毫伏级电压信号。该电压信号经过电子秤专用摹拟/数字(A/D)转换器芯片hx711对传感器信号进行调理转换。HX711采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片，内置增益控制，精度高，性能稳定。HX711芯片通过2线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据，进行计算转换，矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体分量得到后，用户可以通过矩阵键盘输入单价，电子秤自动计算总金额并在液晶屏显示。电源系统给单片2、称重传感器传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器本身具有单调性，其主要参数指标是灵敏度、总误差和温度漂移。(1)灵敏度称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与激励电压的比值，典型值是(2)总误差(3)漂移输出电压，其工作原理如图3所示。3、电子秤专用24位AD转换芯片HX711及其电路HX711采用了海芯科技集成电路专利技术，是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成为了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或者通道B,与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或者64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或者±40mV。通道B则为固定的32增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需此外的摹拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。HX711内部方框图如图4所示。其外部管脚如图5所示。图4HX711内部方框图图5HX711外部管脚图图5为HX711芯片应用于计价秤的一个参考电路图。该方案使用内部时钟振荡器(XI=0),10Hz的输出数据速率(RATE=0)。电源(2.7~5.5V)直接取用与MCU芯片相同的供电电源。通道A与传感器相连，通道B通过片外分压123412349太阳：河南理工大学设计电阻与电池相连，用于检测电池电压。支磁珠L1北北x_NPsHX7110.lu支图6HX711计价秤应用参考电路图本课题设计的HX711电路如图7所示：SBC610uF+时面B-B12345678VSUPBASEAVDDVFB_RllC9R121k高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码彻底兼容传统8051,但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。(2)STC89C52单片机特点●增强型8051CPU,1T,单时钟/机器●工作频率范围：0~40MHz,相当于普通8051的0~80MHz;●用户应用程序空间4K//8K/16k/32K/64K字节；●通用I/0口(32/36个),复位后为准双向口/弱上拉(普通8051传统●ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器/仿真器。●每一个I/0口驱动能力均可达到20mA,但整个芯片最大不要超过120mA;●可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片；●内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体12M以下时，复位脚可直1K电阻到地);●时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器；●用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/●共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器TO和T1,没有定时器2,但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加之2路PCA模块可再实现2个16位定时器；持●通用全双工异步串行口(UART);●工作温度范围：-40～+85℃(工业级)/0～75℃(商业级);如图8所示。10KGNDo导导_12345678 _ _98图中DOUT和PDSCK为单片机与HX711的AD转换电路交换数据的通信线。beep显示电路8 +二 +液晶屏电路如图10所示LCDCSLCDRESLCDRSLCDSDASIZK为字库和单片机接口的控制线。_该液晶为晶讯联公司的128*64汉字屏JLX12864G-086-PC显示信息。该显示模块既可以当成普通的图象型液晶显示模块使用(即显示普通图象型的单色图片功能),又含有JLX-GB2312字库IC,可以从字库IC中读出内置的字库的点表一液晶模块接口引脚功能引线号1ROM-IN字库IC接口申行数据输出2字库IC接口串行数据输入3字库IC接口申行时钟输入4字库IC接口5背光电源正极，同VDD电压(5V或3.3Y)67电路电源5V,或3.3V可选8申行时钟9串行数据寄存器选择信号H:数据寄存器0:指令寄存器(IC资料上所写为”A0”)低电平复位，复位完成后，回到高电平，液晶模块开始工作矩阵键盘电路如图11所示：图11矩阵键盘电路图中4*4矩阵键盘可以显示0-9数字、小数点和五个功能键。键盘行扫描信号为ROW1—ROW4,列扫描信号为COL1—COL4。行信号为输入信号，低电平有效；列信号为输出信号。当没有键按下时，即使行扫描输入低电平信号，列低电平信号可以定位至按下键的位置。7、声光报警电路响，报警灯亮。芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图所示。图16供电及程序下载电路Protel是目前国内最流行的通用EDA软件，它是将电路原理图设计、PCB板图设计、电路仿真和PLD设计等多个实用工具软件组合后构成的EDA工作平台，是第一个将EDA软件设计成基于Windows的普及型产品。它集成为了软件界面、仿真功能和PLD设计和信号完整性分析，在此基础上Protel99SE又增加了一些新的功能，用户使用更加方便灵便。Protel的功能十分强大，在电子电路设计领域占有极其重要的地位。它以其强大功能和实用性，逐渐获得泛博硬件设计人员的青睐，是目前众多EDA设计软件中用户最多的产品之一。Protel软件主要由电路原理图设计模块、印制电路板设计模块(PCB设计模块)、电路信号仿真模块和PLD逻辑器件设计模块等组成，各模块具有强大的功能，可以很好的实现电路设计与分析。电路原理图是表示电气产品或者电路工作原理的重要技术文件，电路原理图主要由代表各种电子器件的图形符号、路线和结点组成。图4.1所示模块具有如下功能：丰富而灵便的编辑功能、在线库编辑及完善的库管理功能、强大的设计自动化功能、支持层次化设计功能等。(2)印制电路板设计模块(PCB设计模块)印制电路板(PCB)制板图是由电路原理图到制作电路板的桥梁。设计了电路原理图后，需要根据原理图生设计成印制电路板的制板图，然后在根据制板图制作具体的电路板。印制电路板设计模块具有如下主要功能和特点：可完成复杂印制电路板(PCB)的设计；方便而又灵便的编辑功能；强大的设计自动化功能；在线式库编辑及完善的库管理；完备的输出(3)电路信号仿真模块电路信号仿真模块是一个功能强大的数字/摹拟混合信号电路仿真器，EDA/Client集成环境下，与ProtelAdvancedSchematic原理图输入程序协同工作，作为AdvancedSchematic的扩展，为用户提供了一个完整的从设在Protel中进行仿真，只需从仿真用元器件库中放置所需的元器件，连接好原理图，加之激励源，然后单击防真按钮即可自动开始。2.PCB板设计(1)定元件的封装①打开网络表(可以利用一些编辑器辅助编辑),将所有封装浏览一遍，确保所有元件的封装都正确无误并且元件库中包含所有元件的封装，②标准元件全部采用公司统一元件库中的封装。③④⑥⑤元件库中不存在的封装，应自己建立元器件库。(2)建立PCB板框①根据PCB结构图，或者相应的模板建立PCB文件，包括安装孔、禁②尺寸标注。在钻孔层中应标明PCB的精确结构，且不可以形成封①载入网表并排除所有载入问题，具体请看《PROTEL技术大全》其他软件载入问题有不少相似之处，可以借鉴。②如果使用PROTEL,网表须载入两次以上(没有任何提示信息)才可以确认载入无误。①首先要确定参考点。普通参考点都设置在左边和底边的边框线的交点(或者延长线的交点)上或者印制板的插件的第一个焊盘。②一但参考点确定以后，元件布局、布线均以此参考点为准。布局③根据要求先将所有有定位要求的元件固定并锁定。④布局的基本原则A.遵循先难后易、先大后小的原则。B.布局可以参考硬件工程师提供的原理图和大致的布局，根据信号流向规律放置主要原器件。C.总的连线尽可能的短，关键信号线最短。D.强信号、弱信号、高电压信号和弱电压信号要彻底分开。E.高频元件间隔要充分。F.摹拟信号、数字信号分开。⑤相同结构电路部份应尽可能采取对称布局。⑥按照均匀分布、重心平衡、版面美观的标准来优化布局。①地线回路规则：环路最小规则，即信号线与其回路构成的环面积要尽可能小，环面积要尽可能小，环面积越小，对外的辐射越少，接收外界的干扰也越小。针对这一规则，在地平面分割时，要考虑到地平面与重要信号走线的分布，防止由于地平面开槽等带来的问题；在双层板设计中，在为电源留下足够将双面信号有效连接起来，对一些关键信号尽量采用地线隔离，对一些频②窜扰控制窜扰(CrossTalk)是指PCB上不同网络之间因较长的平行布线引起的相互干扰，主要是由于平行线间的分布电容和分布电感的作用。克服窜扰A.加大平行布线的间距，遵循3W规则。B.在平行线间插入接地的隔离线。C.减少布线层与地平面的距离③屏蔽保护对应地线回路规则，实际上也是为了尽量减小信号的回路面积，多用于一些比较重要的信号，如时钟信号，同步信号；对一些特殊重要，频率特殊高的信号，应该考虑采用铜轴电缆屏蔽结构设计，即将所布的线上下摆布用地线隔离，而且还要考虑好如何有效的让屏蔽地与实际地平面有效结合。④走线方向控制规则相邻层的走线方向成正交结构，避免将不同的信号线在相邻层走成同一方向，以减少不必要的层间窜扰；当由于板结构限制(如某些背板)难以避免浮现该情况，特殊是信号速率较高时，应考虑用地平面隔离各布线层，用地信号线隔离各信号线。⑤电源与地线层的完整性规则对于导通孔密集的区域，要注意避免孔在电源和地层的挖空区域相互连接，形成对平面层的分割，从而破坏平面层的完整性，并进而导致信号线在地层的回路面积增大。1、软件流程图本设计主程序使用了定时器，用来实现每0.5秒称重一次的功能，流程图如图19所示。键盘扫描程序如图20所示。图19时钟中断程序流程图主程序软件流程如图21所示。图20键盘扫描程序流程图(1)头文件和一些宏定义(2)管脚、常量、变量定义1称重用变量}曰}{}{}{";}}{}{}}}//定时器0中断{money=weight'price/1000;//money单位为分人提供例程在uVision4环境下编译，如果是其他版本uVision,只需将所有.c和.h文件拷贝至新建项目，重新编译即可。当编译生成.hex文件后，就可以下载并进行调试了。1、USB转串口驱动安装始]-[控制面板]-[打印机和其他硬件]-[设备管理器],在“端口”分支下有(ProlificUSB-to-SerialCommPort(COMX)。X表示串口号，如果没有说明USB转串口驱动没有安装，须重新安装。记住括号里的COM口号。别设备管理器DVD/CD-ROM驱动器IDATA/ATAPI控制器团事SecureDigitalhostcontrollers中速电池端如(COm和LPT)图22成功安装USB转串口驱动示意图打开STC单片机下载软件STCISPVexe__图23下载软件正确选择MCU类型为STC89C52,COM口(与刚才安装的COM号一致),最高波特率和最低波特率选择高速，如果不成功则尝试降低拨特率,并打开正点击“Download/下载”按纽，窗口浮现Chinese:连接失败，请尝试以下操作：7.若仍然不成功，可能MCU/单片机内无ISP系统引导码，或者需退回升级，或者MCU已损坏 按下电路板上的电源按纽，保证其有个失电至上电的过程，则窗口显示开始烧录芯片。下载完成后程序自动运行，或者重上电后程序正常运行，如图23所示。图23上电运行