基于STM32的電子秤設(shè)計(jì)與應(yīng)用

駱琳+冬瑛

（中國(guó)計(jì)量大學(xué) 浙江杭州 310018）

摘要：電子秤是利用稱重傳感器作為變換元件，把被稱物體的重量按一定的比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成與其相應(yīng)的電信號(hào)，用電子儀表進(jìn)行測(cè)量和顯示的裝置。本系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為主控芯片，外圍附以稱重電路、顯示電路、報(bào)警電路、鍵盤電路等構(gòu)成智能稱重系統(tǒng)電路板，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重系統(tǒng)的稱重功能、報(bào)警功能、數(shù)據(jù)計(jì)算功能以及人機(jī)交換功能?？梢哉f(shuō)，此設(shè)計(jì)所完成的電子秤很大程度上滿足了應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞： STM32；電子秤；人機(jī)交換；傳感器

基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求利用改變脈沖的頻率和順序來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，啟動(dòng)、停止，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等一系列功能。通過(guò)的單片機(jī)和計(jì)算機(jī)通信、人機(jī)界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控和控制。人機(jī)界面由VB語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)，它們之間的通信是通過(guò)RS232的串口實(shí)現(xiàn)的。

1 步進(jìn)電機(jī)的控制方法

SCM（Single Chip Microcomputer）是把組成微型計(jì)算機(jī)的中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路、定時(shí)器或計(jì)數(shù)器等制作在一塊集成電路芯片中，它具有小巧、低功耗、指令系統(tǒng)豐富等優(yōu)點(diǎn)。

PLC（Programmable Logic Controller）是以微型計(jì)算機(jī)為核心的一種工控機(jī)。其控制方案能事先進(jìn)行模擬調(diào)試，自身設(shè)計(jì)采用了冗余措施和容錯(cuò)技術(shù)。由于PLC通用性強(qiáng)，編程操作方便，擴(kuò)展靈活，可靠性高。

FPGA（Field Programmable Gate Array）它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

由于單片機(jī)集CPU、RAM、ROM、CTC、I/O于一體，具有集成度高、軟件資源豐富、控制功能和位尋址功能強(qiáng)、軟硬件的設(shè)計(jì)比較方便，因此本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。

1.1改變控制方式的變速控制

在四相步進(jìn)電機(jī)中，啟動(dòng)或者停止時(shí)，用四相八拍，大約在0.1s以后，改用四相四拍的分配方式；在快達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，在采用四相八拍的控制方式，以達(dá)到減速控制的目的。

1.2均勻地改變脈沖時(shí)間間隔的變速方式

步進(jìn)電機(jī)的加速、減速控制，可以用均勻地改變脈沖時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如。在加速控制中，可以均勻地減少延時(shí)時(shí)間間隔；在加速控制中，則可以均勻地增加延時(shí)時(shí)間間隔。所以，改變傳送控制字的時(shí)間間隔既改變延時(shí)時(shí)間，即可改變步進(jìn)電機(jī)的控制頻率。這種控制的優(yōu)點(diǎn)是，延時(shí)時(shí)間不受限制，使得步進(jìn)電機(jī)的工作頻率變化范圍較寬。

1.3采用定時(shí)器的變速控制

在本次設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)提供延時(shí)時(shí)間。實(shí)現(xiàn)的方法是將定時(shí)器初始化，每隔一定的時(shí)間，有定時(shí)器向CPU申請(qǐng)一次中斷。CPU相應(yīng)中斷后，便發(fā)出一次控制脈沖。此時(shí)，只要均勻地改變定時(shí)器時(shí)間常數(shù)，就可以達(dá)到均勻加速或減速的目的。采用這種控制方法可以提高控制系統(tǒng)的效率。具體的實(shí)現(xiàn)方式見(jiàn)程序程序設(shè)計(jì)部分。

2 上位機(jī)的設(shè)計(jì)考慮

上位計(jì)算機(jī)的人機(jī)互動(dòng)界面采用VB語(yǔ)言來(lái)編寫。VB是Visual Basic簡(jiǎn)稱，是Microsoft公司推出的一種Windows應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具。是一種可視化的、面向?qū)ο?、采用事件?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，可用在Windows環(huán)境下各種應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。在Visual Basic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）、對(duì)象鏈接與嵌入（OLE）、開(kāi)放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開(kāi)發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)今世界上使用最廣泛的編程語(yǔ)言之一，被公認(rèn)為是編程效率最高的一種編程方法。另外，PC計(jì)算機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)通信控制，特別是利用VB（或VC）編程語(yǔ)言進(jìn)行控制界面設(shè)計(jì)控制對(duì)象的操作是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展的最前端技術(shù)，也是單片機(jī)多年來(lái)得以生存的主要原因。

3 上位機(jī)與硬件設(shè)備的通信

MSComm控件全稱為Microsoft Communications Control，是Microsoft公司提供的串行通信編程ActiveX控件，它既可以用來(lái)提供簡(jiǎn)單的串行端口通信功能，也可以用來(lái)創(chuàng)建功能完備的、事件驅(qū)動(dòng)的高級(jí)通信工具。使用MSComm控件可以建立串行端口的連接，通過(guò)串行端口連接到其它通信設(shè)備，發(fā)出命令，交換數(shù)據(jù)，以及監(jiān)視和響應(yīng)串行連接中發(fā)生的事件和錯(cuò)誤。在程序設(shè)計(jì)中，可以在OnComm事件處理函數(shù)中加入自己的處理代碼，一旦事件發(fā)生，即可自動(dòng)執(zhí)行該段程序。程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高。

1.MSComm控件通信步驟

完成以下步驟，就可以構(gòu)建自己的串行通信傳輸系統(tǒng)了：加入通信部件即MSComm對(duì)象；設(shè)置通信端口號(hào)，即CommPort屬性；設(shè)置通信協(xié)議，即HandShaking屬性；設(shè)置傳輸速度等參數(shù)，即Setting屬性；設(shè)置其它參數(shù)，必要時(shí)再加上其它屬性設(shè)置；打開(kāi)通信端口，即PortOpen屬性設(shè)置成True；送出字符串或讀入字符串，使用Inport及Output屬性；使用完MSComm通信對(duì)象后將通信端口關(guān)閉，即將PortOpen屬性設(shè)置成False；

2.Visual Basic程序訪問(wèn)串口的方式

串行端口的本質(zhì)功能是作為CPU和串口設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)被裝換成串行的位；在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位將被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。

要完成數(shù)據(jù)的傳輸，在操作系統(tǒng)一邊，Windows使用通信驅(qū)動(dòng)程序以便應(yīng)用程序能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的Windows API函數(shù)來(lái)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。使用MSComm控件時(shí)，實(shí)際上就是使用了API函數(shù)，API函數(shù)將被Comm.drv解釋并傳輸給外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。在設(shè)計(jì)過(guò)程中只需設(shè)置和監(jiān)視通信控件MSComm所提供的屬性或事件，以驅(qū)動(dòng)API函數(shù)的接口完成工作。

對(duì)于串口通信，Windows為相應(yīng)的串口設(shè)備開(kāi)放了用戶定義的輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)，應(yīng)用程序只能對(duì)輸入/輸出緩沖區(qū)進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)進(jìn)出串口的操作均由系統(tǒng)后臺(tái)完成。以接受為例，系統(tǒng)每接收到一個(gè)字符就產(chǎn)生一個(gè)低級(jí)的硬件中斷，系統(tǒng)的串口驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒔邮盏降淖址腿刖彌_區(qū)，此時(shí)應(yīng)用程序就可以通過(guò)訪問(wèn)輸入緩沖區(qū)得到的字符信息。

4 結(jié)語(yǔ)

利用STM32單片機(jī)為微控制器的下位機(jī)系統(tǒng)和以計(jì)算機(jī)為上位機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，用軟件編程代替咯步進(jìn)控制器，使得電路簡(jiǎn)化，成本降低，可靠性增加，可以靈活的改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案，不需要邏輯電路組成時(shí)序發(fā)生器，軟件編程可靈活產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁序列來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度和方向。用這種方式設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)順應(yīng)了目前國(guó)內(nèi)外控制系統(tǒng)微機(jī)化發(fā)展的趨勢(shì)，充分利用了單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，使得通用性得到了提高。

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