基于單片機的數(shù)字式電子熱量秤設計

黃玥

摘要：所謂的數(shù)字式電子熱量秤，實際上就是能夠用于進行食物重量和熱量稱量的電子秤，可以滿足人們對健康生活的需求?；谶@種認識，本文使用STC89C52RC作為系統(tǒng)主芯片，分別從硬件設計和軟件設計兩個方面對基于單片機的數(shù)字式電子熱量秤設計方法展開了探討，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：單片機；數(shù)字式電子熱量秤；設計

引言：在現(xiàn)實生活中，隨處都能見到數(shù)字式電子秤。而該類電子秤具有準確、直觀和方便等特點，所以逐漸成為了重要的計量工具。但隨著人們對電子產(chǎn)品功能需求的增多，目前人們已經(jīng)不滿足于利用電子秤進行稱重，還希望能夠利用電子秤完成食物熱量值的獲取。面對這種發(fā)現(xiàn)形式，還要利用單片機完成電子秤的全新功能的開發(fā)和設計，以便生產(chǎn)出擁有更多功能的家電產(chǎn)品，繼而更好的推動電子技術的發(fā)展。

1基于單片機的數(shù)字式電子熱量秤的設計思路

在設計數(shù)字式電子熱量秤時，應明確系統(tǒng)功能。使用該種熱量秤，需要在受到垂直壓力時完成熱量信息的采集，并將采集數(shù)據(jù)顯示出來。而利用電阻應變式壓力傳感器，則能將電阻值變化轉(zhuǎn)換為毫伏的電壓信號。借助放大電路，并利用A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后利用單片機對數(shù)據(jù)進行處理，則能得到需要測量的數(shù)據(jù)。從這一思路可以得知，系統(tǒng)應由五部分構成，即單片機、稱重傳感器、調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器和輸入顯示電路。在系統(tǒng)輸入顯示部分，還要李利用矩陣鍵盤進行熱量信息的輸入，并利用液晶顯示器進行結果顯示。

2基于單片機的數(shù)字式電子熱量秤的硬件設計

2.1系統(tǒng)主控芯片

系統(tǒng)采用的主控芯片為STC89C52RC，為MCS-51單片機，擁有CMOS8位控制器。該芯片不僅功耗較低，同時還有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器，所以能夠為嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高效和靈活的解決方案。從芯片標準功能上來看，其擁有512字節(jié)RAM和32位I/O口，內(nèi)部存在4個外部中斷和3個定時器，并且擁有4KB EEPROM和復位電路，能夠提供全雙工串行口[1]。利用該芯片，可以利用雙線串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且能夠完成數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)換，也能控制液晶顯示屏進行數(shù)據(jù)的輸出顯示。

2.2系統(tǒng)傳感器

在實際進行稱重傳感器選擇時，還要使用高精度電阻應變式壓力傳感器。該種傳感器由電阻應變片電纜線及彈性體等多個部分構成，擁有較高的靈敏度和精度，并且具有一定的穩(wěn)定性，能夠滿足熱量秤的設計需求。而實際選擇的傳感器內(nèi)部有4個電阻應變片，能夠構成惠更斯電橋。在應變片發(fā)生變形的情況下，其阻值也將變化，所以將引起電橋失去平衡，從而獲得對應的差動信號。利用這些信號，則可以將力轉(zhuǎn)化為微弱電信號。在系統(tǒng)中，傳感器測量精度約5g，測量范圍在0-10kg之間。

2.3信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路

在信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路中，需使用HX711芯片。該芯片為電子秤專用A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有較高的精度，并能實現(xiàn)內(nèi)部增益控制，所以穩(wěn)定性較好。借助雙線串行，該芯片可以順利與單片機通信，從而將數(shù)據(jù)傳送給單片機。在調(diào)理轉(zhuǎn)換電路中，芯片通道A將與傳感器進行連接，并利用PD_SCK和DOUT串口進行數(shù)據(jù)通信。借助通訊線，可完成輸入通道和增益的選擇。在DOUT進行高電平輸出時，說明芯片并未準備好，PD_SCK將為低電平輸入[2]。在DOUT進行低電平輸出時，PD_SCK將輸入多個不等時鐘脈沖。在第一個時鐘脈沖上升沿位置，可得到24為數(shù)據(jù)最高位。在第24個時鐘脈沖過后，輸出數(shù)據(jù)將從最高位降低到最低位。在第25-27個脈沖出現(xiàn)時，可進行下一次模數(shù)轉(zhuǎn)換通道和增益的選擇。正常的情況下，PD_SCK輸入的時鐘脈沖數(shù)應在25-27范圍內(nèi)，以免串口通訊錯誤的產(chǎn)生。如果需要重新選擇通道或增益，只有經(jīng)過4個數(shù)據(jù)周期，轉(zhuǎn)換器才能逐步趨于平穩(wěn)，并進行有效數(shù)據(jù)的輸出。

2.4系統(tǒng)鍵盤電路

在熱量信息輸入設計上，還要利用矩陣鍵盤。采用矩陣形式進行按鍵的排列，能夠滿足按鍵數(shù)量過多的使用條件，并且能夠使單片機I/O端口占用得到減少。采用該種鍵盤結構，可利用一個按鍵對水平線和垂直線的交叉點進行連接。而鍵盤的I/O口為單片機P1口，需要將其列線接入該口的低4位。針對P1.0-P1.3列線，還要分別進行上拉電阻連接，然后接入+5V電源，同時將這幾個列線當成是輸入接線。針對P1.4-P1.7行線，還要進行輸出接線的設置。在行線和列線的交點處，則可以進行4*4矩陣鍵盤的設計。從按鍵組成上來看，應包含五個功能鍵、0-9數(shù)字鍵和小數(shù)點鍵。

2.5系統(tǒng)液晶顯示電路

系統(tǒng)在進行測量數(shù)據(jù)顯示時，還要利用128*64漢字屏進行信息顯示。而使用的液晶顯示屏型號為JLX12864G-086-PC，為圖像型液晶顯示模塊，不僅能夠用于進行普通圖像的顯示，還能進行單色圖片顯示。在該模塊中，包含有JIX-GB2312字庫芯片。從字庫中，能夠完成點陣數(shù)據(jù)的讀取。將這些數(shù)據(jù)寫入LCD驅(qū)動芯片，則能完成熱量信息的顯示。

3基于單片機的數(shù)字式電子熱量秤的軟件設計

完成系統(tǒng)硬件設計后，還要進行系統(tǒng)軟件設計。由于系統(tǒng)使用的單片機為STC89C52RC，所以還要利用Keil C51編譯器進行主程序編寫，并利用proteus軟件完成系統(tǒng)仿真分析。從系統(tǒng)軟件結構上來看，其有主程序模塊、中斷模塊、鍵盤掃描模塊和顯示模塊構成。利用中斷模塊，可使系統(tǒng)每0.5s完成一次稱重。在系統(tǒng)工作時，其在一開始將完成初始化，然后判斷是否出現(xiàn)秤重標志。系統(tǒng)在進行鍵盤是否有按鍵被按下時，會對列線狀態(tài)進行檢測[3]。如果發(fā)現(xiàn)有一列為低電平，說明有按鍵按下。如果所有列線均為高電平，則意味著不存在被按下的按鍵。未發(fā)現(xiàn)標志，系統(tǒng)會進行鍵盤掃描，然后確定是否有稱重標志。確定有稱重標志后，系統(tǒng)會進行稱重，并完成熱量計算。在此基礎上，則會進行重量和熱量的顯示。在對系統(tǒng)進行仿真測試時，還要利用電位計對模擬重量的電壓值進行控制，從而通過改變電壓實現(xiàn)輸出電壓控制，進而對稱重過程進行模擬仿真。而通過測試可以發(fā)現(xiàn)，利用系統(tǒng)進行重量和熱量的稱量，能夠滿足系統(tǒng)設計要求。

結論：通過研究可以發(fā)現(xiàn)，使用單片機進行數(shù)字式電子熱量秤的設計，能夠滿足系統(tǒng)設計的準確度和穩(wěn)定性要求。使用數(shù)字式電子秤進行稱量，可以將食物重量有效轉(zhuǎn)換為熱量，從而滿足人們對食物熱量的稱量需求。而在現(xiàn)代家居生活中，隨著人們對健康問題的認識的提高，相信該類電子秤也將獲得較好的應用前景。因此，本文對基于單片機的數(shù)字式電子熱量秤設計問題展開的分析，能夠使有關研究領域存在的空白得到彌補。

參考文獻：

[1]江杭軍，朱型存，施燁凱等. 基于單片機數(shù)字式智能電子熱量稱的設計[J]. 電子世界，2013，17：138.

[2]高金法，袁淑芳. 熱量表存在的電磁兼容問題及解決方法探討[J]. 大眾標準化，2014，01：57-59.

[3]高正中，劉超，李世光等. 基于MSP430的超聲波熱量表設計[J]. 自動化與儀表，2015，03：19-22.endprint