1.引言
稱重裝置是工農業(yè)生產和商品流通擴大中不可缺少的計量工具，電子秤以其準確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。隨著人們生活水平的提高，在全民重視健康，生活品質日益提高的今天，除了能夠實現(xiàn)稱重，智能化和開發(fā)新功能是設計研發(fā)的主要趨勢。開發(fā)智能熱量稱功能成為一個新方向，將電子技術實際應用到日常生活中，解決和填補人們在實用生活家電某些功能的不足和空白。本文研究基于單片機的電子稱設計，在不增加成本的基礎上開發(fā)電子稱的新功能，設計數(shù)字式智能電子熱量稱，指導人們健康生活，具有實際應用和推廣價值。
2.電子熱量稱系統(tǒng)設計
稱重傳感器感應被測重力，本設計中選用電阻應變式壓力傳感器作為電子稱稱重傳感器，當有垂直壓力作用時，傳感器將電阻值變化轉化成微弱的毫伏級電壓信號輸出。該電壓信號經(jīng)過放大電路放大后輸入模擬/數(shù)字(A/D)轉換器，轉換成數(shù)字信號再輸出到單片機進行處理。單片機根據(jù)矩陣鍵盤輸入的熱量信息，把電子熱量稱得到的結果輸出液晶顯示器顯示。系統(tǒng)總體設計如圖1所示。
圖1中，傳感器信號調理轉換電路采用HX711芯片。HX711是專為高精度電子秤而設計的24位A/D轉換器芯片，內置增益控制，精度高，性能穩(wěn)定，芯片通過2線串行方式與單片機通信。單片機讀取被測數(shù)據(jù)，進行計算轉換，再液晶屏上顯示出來。
3.系統(tǒng)硬件設計
3.1 稱重傳感器
本設計中稱重傳感器采用高精度電阻應變式壓力傳感器，測量量程0-10kg,測量精度可達5g.電阻應變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線等組成，穩(wěn)定性較好，精度和靈敏度較高，壽命較長，對測量環(huán)境要求不太嚴格。內部由4個電阻應變片構成惠更斯電橋，當拉伸或壓縮應變片產生變形，它的阻值將發(fā)生變化，從而使電橋失去平衡，產生相應的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。電阻應變式傳感器測量原理如圖2所示。
3.2 HX711電路
圖3為HX711構成的稱重信號調理轉換電路，通道A與傳感器相連，管腳PD_SCK和DOUT組成串口通訊線，用來輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。
當數(shù)據(jù)輸出管腳D O U T為高電平時，表明A/D轉換器還未準備好輸出數(shù)據(jù)，此時串口時鐘輸入信號PD_SCK應為低電平。
當DOUT從高電平變低電平后，PD_SCK應輸入25至27個不等的時鐘脈沖。其中第一個時鐘脈沖的上升沿將讀出輸出24位數(shù)據(jù)的最高位(MSB)，直至第24個時鐘脈沖完成，24位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成。第25至27個時鐘脈沖用來選擇下一次A/D轉換的輸入通道和增益。
PD_SCK的輸入時鐘脈沖數(shù)不應少于25或多于27,否則會造成串口通訊錯誤。當A/D轉換器的輸入通道或增益改變時，A/D轉換器需要4個數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。
DOUT在4個數(shù)據(jù)輸出周期后才會從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。
3.3 矩陣鍵盤
在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處通過一個按鍵加以連接，本設計中使用8051單片機的P1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的列線接到P1口的低4位，鍵盤的行線接到P1口的高4位。列線P1.0-P1.3分別接有4個上拉電阻到正電源+5V,并把列線P 1 . 0 - P 1 . 3設置為輸入線，行線P1.4-P1.7設置為輸出線。4根行線和4根列線形成16個相交點。在交叉點設置4×4矩陣鍵盤，可以顯示0-9數(shù)字、小數(shù)點和五個功能鍵。
3.4 液晶顯示
液晶顯示選用128*64漢字屏JLX12864G-086-PC顯示信息。該顯示模塊既可以當成普通的圖像型液晶顯示模塊使用(即顯示普通圖像型的單色圖片功能)，又含有JLX-GB2312字庫IC,可以從字庫IC中讀出內置的字庫的點陣數(shù)據(jù)寫入到LCD驅動IC中，以達到顯示漢字的目的。
4.系統(tǒng)軟件設計
本設計以STC89C52為核心器件，使用keil C51編譯器，結合proteus軟件對設計進行功能仿真。系統(tǒng)軟件由定時中斷模塊、鍵盤掃描模塊、顯示模塊、主程序模塊構成，定時器用來實現(xiàn)每0.5秒稱重一次。主程序流程圖如圖4所示。
5.系統(tǒng)性能測試
在設計電路的過程中，先在proteus軟件中仿真，模擬重量的電壓值由電路中的電位計來控制，改變電壓，相當于改變重量在壓力傳感器上的輸出電壓。以實現(xiàn)模擬稱重的過程。仿真成功后，實際制作出電路模型，輸入食物的單位熱量參數(shù)，進行實物調試，達到設計要求。
6.總結
以單片機為核心研制出新型的數(shù)字式電子熱量稱，在軟硬件控制下實現(xiàn)智能化稱重，并根據(jù)重量直接轉化為常見食物的熱量。該設計準確度高，穩(wěn)定性好，在不增加成本的前提下，通過單片機技術，開發(fā)電子秤零成本的新功能，為電子秤開辟新的應用道路，成為現(xiàn)代家庭都買得起的必備電子產品。在全民重視健康，生活品質日益提高的今天，將電子技術實際應用到日常生活中，為家家戶戶提供健康參考，解決和填補人們在實用生活家電某些功能的不足和空白，具有廣泛的推廣和應用價值。
下載文檔
