基于單片機的智能電子秤的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：本設(shè)計是采用STC11F04E單片機作為微控制器，結(jié)合壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器CS1168、LED數(shù)碼管顯示實現(xiàn)的一種智能自動稱量電子秤。文章詳細介紹了系統(tǒng)的各組成模塊以及硬件原理電路圖。本設(shè)計具有體積小、成本低、精確度高、可靠性高等特點。

關(guān)鍵詞：STC11F04E單片機；A/D轉(zhuǎn)換器CS1168；硬件電路

中圖分類號：TH715.193 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 09-0000-02

一、引言

目前，為了提高設(shè)備生產(chǎn)率，產(chǎn)品包裝機械日趨高速化、自動化和聯(lián)合化?！白詣樱焖?，準確”是對自動打包類產(chǎn)品的直接要求。包裝機械的高速化，隨之對相應(yīng)設(shè)備的聯(lián)動化和自動化提出了更高的要求。在工業(yè)上和當前食品包裝的廣大領(lǐng)域中，有很多用于需要自動稱量物體重量的場合。如大家熟知的微機自動配料系統(tǒng)，在自動配料系統(tǒng)中，設(shè)定了配料的物品的種類和數(shù)量后，可以快速準確稱量好要求的重量，按配方比混合后即為需要的飼料。

作為重量測量儀器，智能電子秤在各行各業(yè)中顯現(xiàn)其測量精度高，測量速度快，操作簡單易學(xué)，可以實時監(jiān)控的優(yōu)點，使其已經(jīng)開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量秤，成為測重領(lǐng)域的主流產(chǎn)品. 本文主要介紹了應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線的自動打包機的一種智能自動稱量的電子秤。從產(chǎn)品需求到產(chǎn)品整體模塊分析到硬件電路以及軟件實現(xiàn)，均有較詳盡的說明。

二、系統(tǒng)功能分析

本文設(shè)計的智能電子秤，主要實現(xiàn)了顆粒狀和粉末狀物品的預(yù)設(shè)定物品的自動稱量。設(shè)計主要針對某藥廠自動打包機中的稱重環(huán)節(jié)進行設(shè)計。在藥品行業(yè)采用自動稱量，一方面減少污染，另一方面，提高工作效率。具體功能為：當系統(tǒng)檢測到有鍵盤輸入的預(yù)稱量的數(shù)值并檢測到量具為空時，開始進行自動稱量，漏斗內(nèi)的物品（顆粒狀或者粉末狀）開始下降到量具中，當達到鍵盤預(yù)設(shè)定值以后，單片機控制相應(yīng)的開關(guān)動作，電機運轉(zhuǎn)控制下面的升降臺開始下降，傳送帶移動，稱量完成，并有報警提示，從而下一個量具移到漏斗下方，重復(fù)上一次的操作，從而達到自動批量稱量的目的。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計

通過對工業(yè)電子秤進行考察調(diào)研，為了避免輸入數(shù)據(jù)與輸出顯示之間的互相干擾，本設(shè)計采用了雙CPU和串行通信技術(shù)，系統(tǒng)整體設(shè)計電路包括如下部分：電源控制電路，語音報警電路，單片機輸入輸出控制電路，串行通信控制電路，日歷時間電路（附加功能），鍵盤輸入電路和數(shù)碼管顯示電路等幾部分組成，系統(tǒng)整體設(shè)計圖如圖1所示。根據(jù)整體設(shè)計框圖，將設(shè)計主要分成以下主模塊：電源控制模塊，原始數(shù)據(jù)采集模塊，濾波和和放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機控制模塊，輸入電路模塊，輸出控制模塊等模塊。

各模塊實現(xiàn)的功能概述如下：電源控制模塊：主要將交流市電220V轉(zhuǎn)換為單片機使用的直流低壓，主要為12V和5v的工作電壓；原始數(shù)據(jù)采集模塊：實現(xiàn)對壓力的測量和容器的檢測，由壓力傳感器和紅外傳感器實現(xiàn)；濾波和放大電路：主要是將采集到的有用信號放大，沒用的噪聲信號過濾掉，主要通過調(diào)整電路實現(xiàn)；A/D轉(zhuǎn)換電路:主要完成將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于單片機控制；單片機控制模塊：主要進行信息的響應(yīng)、處理和控制；輸入控制模塊：主要是按鍵的設(shè)計及按鍵的識別；輸出控制模塊：完成報警和顯示及相應(yīng)開關(guān)的動作。

該工業(yè)用電子秤硬件電路圖如圖2所示。我們研制的電子秤，采用兩個單片機控制組成雙層系統(tǒng)。內(nèi)層單片機完成稱重的數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、標度變換、零點跟蹤、重量顯示等任務(wù)，而外層單片機通過與內(nèi)層單片機的數(shù)據(jù)通信，取得重量數(shù)值并完成上述多種工作。很顯然采用雙層結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)多重并行處理，有利于提高電子秤的準確度和可靠性，有利于進一步擴展功能，對硬軟件設(shè)計和調(diào)試均帶來很大的方便。由于STC11F04E單片機價格低廉，增加一套單片機最小系統(tǒng)，費用增加不多，提高了電子秤的性能價格比。雙層結(jié)構(gòu)使兩CPU 工作相互獨立又相互聯(lián)系， 便于多種任務(wù)并行處理， 特別對制作功能、多規(guī)模大的電子秤具有優(yōu)越性。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件系統(tǒng)設(shè)計的基本思想是充分利用了單片機控制的優(yōu)勢，實現(xiàn)稱重過程的一系列要求，提高系統(tǒng)的可靠性。智能電子秤的軟件系統(tǒng)主要由主程序、中斷服務(wù)程序、顯示程序、鍵識別及鍵功能程序、運算程序等模塊構(gòu)成。

五、結(jié)束語

本設(shè)計合理選擇了高性能低價格的元器件，并充分利用了雙層單片機控制的優(yōu)勢，有效地提高了電子秤的性能價格比，大大提高了電子秤的自動化水平。由于在設(shè)計中考慮了測量信號的遠距離隔離傳送措施，所以適合應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境。由試制的第一臺智能電子秤現(xiàn)場服務(wù)情況來看，該秤功能齊全，運行穩(wěn)定，基本實現(xiàn)了設(shè)計功能，完全滿足用戶的要求。

參考文獻：

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[2]張平均，陳志華.SPCE061A單片機與液晶顯示模塊HS12864-1的接口.微計算機信息.2005.05:117-118

[作者簡介]

馮秀彥（1974.8-），女，講師，石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，主要研究方向：計算機控制；計算機網(wǎng)絡(luò)