基于单片机的电子秤
单片机电子秤设计报告
秤是一种在实际工作和生活中经常用到的测量器具。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。另外，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。
一、功能描述
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5g。
2、采用电子秤专用模拟/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。
3、采用STC89C52单片机作为主控芯片，实现称重、计算价格等主控功
能。
4、采用128*64汉字液晶屏显示称重重量、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。
二、硬件设计
1、硬件方案
单片机电子秤硬件方案如图1所示：
图1 单片机电子秤硬件方案 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模拟/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，再液晶屏上显示出来。
矩阵键盘主要用于计算金额。当被测物体重量得到后，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。电源系统给单片机、HX711电路及传感器供电。
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2mV/V。当使用2 mV/V灵敏度和5 V激励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mV。通常，为了使用称重传感器线性度最好的一段称重范围，应当仅使用满度范围的三分之二。因此满度输出电压应当大约为6mV。当电子秤应用于工业环境时，在6mV满度范围内测量微小的信号变化并
非易事。
(2) 总误差
总误差是指输出误差和额定误差的比值。典型电子秤的总误差指标大约是0.02%，这一技术指标相当重要，它限制了使用理想信号调节电路所能达到的精确度，决定了ADC分辨率的选择以及放大电路和滤波器的设
计。 (3) 漂移
称重传感器也产生与时间相关的漂移。
目前常用的称重传感器有电阻应变式压力传感器、电容压力传感器、压电式压力传感器。选用时应按稳定行、精度登记、寿命和安装环境要求
考虑，其主要特点如下：
(1) 电容式压力传感器稳定性较差，精度和灵敏度较高，寿命较短，对环境要求苛刻，不易长距离传输。
(2) 压电式压力传感器稳定性好，精度和灵敏度高，寿命长，但大量程
的压力传感器尚待进一步研究。
(3) 电阻应变式压力传感器稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，
对测量环境要求不太严格。
综上所述，选用电阻应变式压力传感器作为电子秤称重传感器是最为合适的。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化（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。电阻应变式传感器测量原理如图2所示。
图2 电阻应变式传感器测量原理
当垂直正压力P作用于梁上时，梁产生形变，电阻应变片R
1、R3受压弯拉伸，阻值增加；R
2、R4受压缩，阻值减小。电桥失去平衡，产生不平衡电压，不平衡电压与作用在传感器上的载菏P成正比，从而将非
电量转化成电量输出。
R
1、R
2、R3和R4组成惠更斯电桥，将2对电阻应变片的阻值变化转变成输出电压，其工作原理如图3所示。
图3 测量电桥原理
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，提高了整机的性能和可靠性。
该芯片与后端MCU 芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，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64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±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，系统板上无需另外的模拟电源。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4 HX711内部方框图
图5 HX711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通过片外分压电阻与电池相连，用于检测电池电压。
图6 HX711计价秤应用参考电路图
本课题设计的HX711电路如图7所示：
图7 HX711电路
4、单片机STC89C52及其电路 (1) STC89C52 单片机概述
STC89C52系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统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
l
增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码
完全兼容传统8051；
l
工作电压： 5.5Vi*100;//得到小数部分
int2str(i,str1);
//显示整数部分
if (i>=1000)
{
display_GB2312_string(5,44,str1);
}
else if (i>=100)
{
display_GB2312_string(5,52,str1);
}
else if (i>=10)
{
display_GB2312_string(5,60,str1);
}
else
{
display_GB2312_string(5,68,str1);
}
//显示小数点
display_GB2312_string(5,76,\".\");
//显示小数部分
int2str(j,str1);
if (j
{
display_GB2312_string(5,84,\"0\");
display_GB2312_string(5,92,str1);
}
else
{
display_GB2312_string(5,84,str1);
} }
//显示重量，单位kg，两位整数，三位小数
void Display_Weight()
{
unsigned int i,j;
display_GB2312_string(3,60,\"
\");
//weight单位是g
i = weight/1000;
//得到整数部分
j = weighti*100;//得到小数部分
int2str(i,str1);
//显示整数部分
if (i>=1000)
{
display_GB2312_string(7,44,str1);
}
else if (i>=100)
{
display_GB2312_string(7,52,str1);
}
else if (i>=10)
{
display_GB2312_string(7,60,str1);
}
else
{
display_GB2312_string(7,68,str1);
}
//显示小数点
display_GB2312_string(7,76,\".\");
//显示小数部分
int2str(j,str1);
if (j
{
display_GB2312_string(7,84,\"0\");
display_GB2312_string(7,92,str1);
}
else
{
display_GB2312_string(7,84,str1);
} }
//数据初始化 void Data_Init()
{
price = 0;
DotPos = 0;
beep = 1;
alert = 1;
}
//管脚配置 void Port_Init()
{
}
//定时器0初始化 void Timer0_Init()
{
ET0 = 1;
//允许定时器0中断
TMOD = 1;
//定时器工作方式选择
TL0 = 0x06;
TH0 = 0xf8;
//定时器赋予初值
TR0 = 1;
//启动定时器
}
//定时器0中断 // void Timer0_ISR (void) interrupt 1 using 0
{
TL0 = 0x06;
TH0 = 0xf8;
//定时器赋予初值
//每0.5秒钟刷新重量
Counter ++;
if (Counter >= 200)
{
FlagTest = 1;
Counter = 0;
}
}
//按键响应程序，参数是键值
//返回键值：
(清0)
10//
4
11
(删除)
//
1
12//
(未定义)
14(未定义) 0
15(.) void KeyPre(uchar keycode)
{
switch (keycode)
{
case 0:
case 1:
case 2:
case 3:
case 4:
case 5:
case 6:
确定价格) 13(
case 7:
case 8:
case 9:
//目前在设置整数位，要注意price是整
型，存储单位为分
if (DotPos == 0)
{
//最多只能设置到
千位
if
(price
{
price=price
*10+keycode*100;
}
}
//目前在设置小数位
else if (DotPos==1) //
小数点后第一位
{
price=price+keyco
de*10;
++;
de;
case 10:
DotPos
}
else if (DotPos==2)
{
price=price+keyco
}
Display_Price();
break; //清零键 To_Zero();
Display_Price();
FlagSetPrice = 0;
DotPos = 0;
break;
case 11: //删除键，按一次删除最右一个数
字
if (DotPos==2)
{
price=price/10;
price=
price*10;
DotPos
--;
}
else if (DotPos==1)
{
price=price/100;
price=
price*100;
DotPos
--;
}
else if (DotPos==0)
{
price=price/1000;
price=
price*100;
}
Display_Price();
break;
case 13: //确认键
FlagSetPrice = 1;
break;
case 15: //小数点按下
if (DotPos == 0)
{
DotPos = 1;
//小数点后第一位
}
break;
} }
//===============main program===================//
void main(void)
{
Rom_CS=1;
initial_lcd();
EA = 0;
Data_Init();
Port_Init();
Timer0_Init();
//初始化完成，开中断
EA = 1;
//背光
LedA = 1;
clear_screen();
//clear all dots
display_GB2312_string(1,1,\"电子秤初始化....\");
To_Zero();
display_GB2312_string(1,1,\"电子秤初始化成功\");
display_GB2312_string(3,1,\"重量:
kg\");
display_GB2312_string(5,1,\"单价:
元\");
display_GB2312_string(7,1,\"金额:
元\");
Display_Price();
while(1)
{
//每0.5秒称重一次
if (FlagTest==1)
{
//称重，得到重量值weight，单位为g
AdVal=ReadCount();
weight=FullScale-AdVal
/1000;
if (weight>0x8000)
weight=0;
weight=10000*weight/Fu
llScale;
weight=weight*RATIO;
//如果超量程，则报警
if (weight >= 10000)
{
beep = 0;
alert
= 0;
display_GB2312_string(3,60,\"------\");
display_GB2312_string(7,44,\"--------\");
}
//如果不超量程
else
{
beep = 1;
alert
= 1;
//显示
重量值
Display_Weight();
//如果单
价设定好了，则计算价格
if (FlagSetPrice == 1)
{
money = weight*price/1000; //money单位为分
//显示总金
额
Display_Mon
ey();
}
else
{
display_GB2312_string(7,44,\"
\");
