一種新型智能電子秤系統(tǒng)的開發(fā)

高明華+楊根紅+沈文波+許麗金

摘 要： 針對傳統(tǒng)電子秤，記錄、統(tǒng)計稱重結(jié)果需耗費(fèi)較多人力，并容易出現(xiàn)錯記漏記等現(xiàn)象，設(shè)計一款新型智能電子秤系統(tǒng)。該電子秤采用STC89C52微處理器為系統(tǒng)控制核心，可顯示物品名稱、重量、單價、總價等信息，并基于App Inventor 2平臺開發(fā)出相應(yīng)的電子秤手機(jī)APP軟件，電子秤通過藍(lán)牙發(fā)送數(shù)據(jù)至手機(jī)APP，由手機(jī)保存數(shù)據(jù)。手機(jī)APP軟件具備各種統(tǒng)計功能，并能夠?qū)⒔y(tǒng)計結(jié)果導(dǎo)出Excel表格，便于電腦存儲、分析。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠，成本低廉，手機(jī)APP軟件方便實用，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代商業(yè)市場中。

關(guān)鍵詞： 電子秤； 藍(lán)牙； 手機(jī)APP； Excel表格

中圖分類號： TN99?34； TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）14?0040?04

Abstract： Since statistical record of weighting result of traditional electronic scales consumes more manpower， and is prone to the incorrect and omission phenomena， a new type of intelligent electronic scale system is designed in this paper. The STC89C52 microprocessor is used as the control core in the electronic scale system， which can display the name of goods， weight， unit price， total price and other information. The corresponding electronic scale mobile phone APP software was developed based on the App Inventor2 platform. The electronic scale sends data to mobile phone APP through Bluetooth， and save the data in the phone. The mobile APP software possesses a variety of statistical functions， and can export the statistical results to Excel form for storage and analysis of the computer. The system has the advantages of stable performance， reliability， low cost. The mobile APP software is convenient and practical. It can be widely used in modern commercial markets.

Keywords： electronic scale； Bluetooth； mobile APP； Excel table

自20世紀(jì)60年代以來，由于傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，電子稱重技術(shù)日趨成熟，并逐步取代傳統(tǒng)機(jī)械秤。20世紀(jì)70年代初期，微處理機(jī)的出現(xiàn)使得電子稱重技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，快速、準(zhǔn)確、操作方便、功能多樣化等已成為現(xiàn)代稱重技術(shù)的主要特點，稱重裝置的應(yīng)用已遍及到國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，與此同時，人們對稱重儀表的要求也越來越高，要求更加智能化。于是出現(xiàn)了一種智能無線電子秤，運(yùn)用無線藍(lán)牙模塊傳送重量數(shù)據(jù)，通過RFID讀取貨品的名稱、單價和單位重量，顯示并存儲[1]。還有一種無線接口電子秤，通過藍(lán)牙收發(fā)器實現(xiàn)無線方式的體重數(shù)據(jù)上傳至電腦或互聯(lián)網(wǎng)上，以便個人健康數(shù)據(jù)的永久保存與分析[2]。傳統(tǒng)電子秤的設(shè)計與研制嘗試了多種方法，但由于其體積較大，不方便攜帶，測量數(shù)據(jù)不易保存和統(tǒng)計分析，因此逐漸不被人們所使用。近幾年智能手機(jī)迅速普及，APP的開發(fā)技術(shù)也隨著手機(jī)市場的發(fā)展日益成熟，因此把數(shù)據(jù)上傳至手機(jī)，將電子秤與手機(jī)APP相結(jié)合是電子產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢[3]。為此，本設(shè)計在傳統(tǒng)的電子秤基礎(chǔ)上，增加藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳送模塊，同時基于App Inventor 2平臺開發(fā)出一款電子秤手機(jī)APP，可以通過藍(lán)牙將稱重數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)APP，APP查詢某天的稱重記錄，并能統(tǒng)計某段時間，各種物品的重量，而且統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以以Excel表格形式導(dǎo)出。該款智能電子秤符合現(xiàn)在人們對稱重裝置的要求。

1 智能電子秤總體架構(gòu)

本文智能電子秤系統(tǒng)由下位機(jī)和上位機(jī)兩部分構(gòu)成。該系統(tǒng)整體框架如圖1所示，下位機(jī)是基于51單片機(jī)的電子秤部分，上位機(jī)是基于谷歌App Inventor 2開發(fā)平臺設(shè)計實現(xiàn)的手機(jī)APP。系統(tǒng)下位機(jī)部分是利用壓力傳感器采集重量數(shù)據(jù) [4]，經(jīng)過HX711模塊進(jìn)行信號放大和A/D轉(zhuǎn)換，再把數(shù)字信號上傳單片機(jī)處理模塊。單片機(jī)會對鍵盤按下進(jìn)行處理，設(shè)置單價、折扣，并在LCD12864上顯示重量、單價、總價等信息。上位機(jī)的手機(jī)APP，按下“發(fā)送”按鍵后，數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙模塊上傳到APP，APP接收數(shù)據(jù)后將其存放于數(shù)據(jù)庫，以便查詢和統(tǒng)計。APP可以選擇物品編號列表（用戶可自行增加、刪除、修改列表），之后會在接收界面顯示所選物品、單價、折扣等信息。APP接收到單片機(jī)發(fā)送的重量數(shù)據(jù)則會自動計算總價并顯示，同時將物品名和單價發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)接收到后顯示于液晶屏。

APP的功能如圖2所示，整個APP分三個主要界面：第一個界面為登錄系統(tǒng)，實現(xiàn)登錄、注冊、退出功能；第二個界面為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、統(tǒng)計、查表與微信掃描支付，根據(jù)統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，給出相應(yīng)建議，還有導(dǎo)出統(tǒng)計表格的功能；第三個界面為資料管理系統(tǒng)，實現(xiàn)查看記錄、導(dǎo)出記錄功能，查看某天的歷史記錄，并且能夠?qū)С鲈撚涗浀腅xcel表格。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)總體方案設(shè)計主要包括硬件電路設(shè)計、單片機(jī)控制程序設(shè)計及APP軟件功能設(shè)計三部分。硬件電路主要由復(fù)位電路、壓力傳感器及A/D轉(zhuǎn)換模塊、藍(lán)牙模塊、矩陣鍵盤、單片機(jī)5部分構(gòu)成，借鑒引用了傳統(tǒng)的電子秤硬件設(shè)計。單片機(jī)程序設(shè)計是整個設(shè)計的關(guān)鍵部分，APP軟件功能設(shè)計分為不同的功能界面。單片機(jī)采用了STC89C52，其是宏晶科技推出的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，價格低廉，且能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計的功能[5]。壓力傳感器采用應(yīng)變式壓力傳感器，其精度高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抗偏載能力強(qiáng)，其輸出電壓和壓力成正比，斜率穩(wěn)定，因此易于實現(xiàn)將重量轉(zhuǎn)變成電信號輸出[6]。HX711是專為高精度電子秤而設(shè)計的24位

A/D轉(zhuǎn)換器芯片，具有集成度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點[7]，與壓力傳感器結(jié)合使用效果佳。HC?05是一款性價比較高的藍(lán)牙模塊，完全兼容單片機(jī)系統(tǒng)，可實現(xiàn)單片機(jī)數(shù)據(jù)的收發(fā)，因此選擇它作為系統(tǒng)的無線通信橋梁。

2.1 單片機(jī)控制方案

為了使得系統(tǒng)可以一直讀取重量數(shù)據(jù)并顯示，在液晶初始化和串口初始化后，進(jìn)入循環(huán)讀取、顯示流程，讀取HX711 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值，存放到當(dāng)前A/D數(shù)值變量；掃描矩陣鍵盤，判斷是否有按鍵按下，根據(jù)按鍵值和系統(tǒng)設(shè)置模式進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)；將HX711傳輸?shù)腁/D數(shù)值轉(zhuǎn)換成重量，再計算總價；然后根據(jù)顯示模式，顯示對應(yīng)的主界面、改單價界面、改折扣界面、校準(zhǔn)界面中；最后返回讀取HX711數(shù)值的操作，如圖3所示。

2.2 APP設(shè)計方案

APP主要有5個界面，登錄注冊界面、接收界面、查看歷史記錄界面、統(tǒng)計數(shù)據(jù)界面、掃描付款界面，關(guān)系如圖4所示。接收界面是關(guān)鍵部分，為歷史記錄和統(tǒng)計提供數(shù)據(jù)。為了提高電子秤的實用性，方便付款，增加了掃描二維碼進(jìn)入微信支付功能。本設(shè)計所有數(shù)據(jù)都保存在手機(jī)微數(shù)據(jù)庫中，相當(dāng)于一個單機(jī)版軟件，無論是本機(jī)微數(shù)據(jù)庫還是聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，都是采取鍵值對的存取方式。實現(xiàn)了在不聯(lián)網(wǎng)的情況下也能讀取之前所保存的所有數(shù)據(jù)。

3 電子秤軟件設(shè)計

3.1 矩陣掃描的實現(xiàn)

先設(shè)置行為高電平，列為低電平，逐行掃描再逐列掃描，若有按鍵按下，則連通部分會由高電平變?yōu)榈碗娖?，確定行、列就可以確定是哪個按鍵按下[8]。其中矩陣鍵盤上的數(shù)值0～9是為了輸入數(shù)字而設(shè)定的，為了可以輸入小數(shù)，還加入“小數(shù)點”鍵。另外還有其他“清零/去皮”、“改單價”、“改折扣”、“刪除/發(fā)送”、“校準(zhǔn)”按鍵，充分應(yīng)用了4×4的矩陣鍵盤。

3.2 LCD12864顯示的實現(xiàn)

液晶顯示前，需要對液晶進(jìn)行初始化。編寫相關(guān)函數(shù)，方便調(diào)用。顯示字符串是液晶顯示關(guān)鍵的程序，為了方便編寫各種顯示界面，先編寫顯示字符串的函數(shù)，判斷要顯示數(shù)據(jù)所在的行和列，再寫入字符串，程序如下：

void LCD_DisStr（uint8 x，uint8 y，uint8 *pDat）

{

if（x==0） LCD_WriteOneByte（0，0x80+y）；

else if（x==1） LCD_WriteOneByte（0，0x90+y）；

else if（x==2） LCD_WriteOneByte（0，0x88+y）；

else if（x==3） LCD_WriteOneByte（0，0x98+y）；

while（*pDat！=′＼0′） //字符串以＼0結(jié)尾，用此判斷是否已顯示完字符串

{ LCD_WriteOneByte（1，*pDat）；

pDat++； }

}

顯示界面有4個，根據(jù)SystemSet變量的不同來顯示相應(yīng)界面，如圖5所示。如果SystemSet==0（開機(jī)就是這個數(shù)），則顯示主界面，即物品名、重量、單價、總價等信息；如果SystemSet==1，會進(jìn)入修改單價界面，此時單價的顯示會隨著按下按鍵而左移顯示；如果SystemSet==2，會進(jìn)入修改折扣界面，此時折扣的顯示會隨著按下按鍵而左移顯示；如果SystemSet==3，會進(jìn)入校準(zhǔn)提示界面，顯示“請放置設(shè)定重量物品，然后按校準(zhǔn)鍵進(jìn)行校準(zhǔn)！”的提示語；再輸入校準(zhǔn)物品的重量即可。

3.3 藍(lán)牙收發(fā)的實現(xiàn)

對藍(lán)牙模塊的編程，首先要串口初始化，主要設(shè)置串口格式和波特率（9 600 b/s）。然后需要編寫發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的模塊程序：發(fā)送（接收）一串?dāng)?shù)據(jù)，先判斷TI（RI）是否為1，是，則表明發(fā)完一個8位數(shù)據(jù)；再判這串?dāng)?shù)據(jù)是否發(fā)完，如果發(fā)完，把相關(guān)變量（發(fā)送長度、發(fā)送標(biāo)志、接收完成標(biāo)志）置0，否則發(fā)送后面數(shù)據(jù)。

藍(lán)牙發(fā)送重量數(shù)據(jù)和接收單價數(shù)據(jù)都采用HEX字符串，效率較高[9]。由于藍(lán)牙接收物品名數(shù)據(jù)只能用ASCLL碼文本形式。發(fā)送的重量數(shù)據(jù)經(jīng)過讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值，再轉(zhuǎn)換成以克為單位的整數(shù)，以移位的方法轉(zhuǎn)換成HEX格式后保存到發(fā)送數(shù)組，觸發(fā)發(fā)送模塊后，將發(fā)送數(shù)組內(nèi)容發(fā)送出去。藍(lán)牙接收到單價數(shù)據(jù)后，則液晶屏顯示。

4 APP功能設(shè)計

4.1 登錄注冊界面

該屏幕初始化時，從數(shù)據(jù)庫讀取用戶名和密碼保存在列表變量當(dāng)中，以便輸入的用戶名和密碼進(jìn)行查詢列表對比。在登錄界面，若輸入密碼錯誤，會彈出錯誤提示框“密碼錯誤！”，若為未注冊的用戶，點擊“注冊”會進(jìn)入注冊界面。

4.2 接收界面

該界面是接收單片機(jī)數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)庫的主要功能界面，為了方便用戶的使用，加入了定義、查詢物品編號功能。用戶定義一個編號，該編號對應(yīng)一種物品及其單價、折扣等相關(guān)信息。用戶則從編號列表選擇或輸入編號即可查詢到相應(yīng)信息并顯示出來，當(dāng)APP接收到單片機(jī)傳過來的數(shù)據(jù)后，計算總價，并顯示物品重量及總價，如圖7所示。