基于單片機(jī)的便攜電子稱(chēng)設(shè)計(jì)

崔偉嬌

摘要：隨著工業(yè)生產(chǎn)和市場(chǎng)交易的發(fā)展以及社會(huì)生活水平的提高，當(dāng)前的電子秤特別是體積大、重量大、便攜性差、電源供電不便臺(tái)式電子秤已經(jīng)很難滿足眾多的應(yīng)用場(chǎng)景的需求。而當(dāng)前商場(chǎng)超市和普通居民家中使用的電子秤工作原理也相對(duì)落后，同時(shí)不具備便攜性。

關(guān)鍵詞：電子秤

1.引言

衡器就是通過(guò)對(duì)能夠作用于被測(cè)和檢測(cè)質(zhì)量物體的某些重力部件進(jìn)行衡量作用以及用來(lái)確定這些被測(cè)物體質(zhì)量品質(zhì)的一種用于計(jì)量用的工具。在整個(gè)工業(yè)衡器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造技術(shù)不斷發(fā)展以及歷史演化過(guò)程中，先后主要發(fā)展涌現(xiàn)出六種不同類(lèi)型的工業(yè)衡器：高懸架盤(pán)式秤和天平、不等臂式和平臺(tái)平衡秤、吊車(chē)平臺(tái)秤、傾斜象和無(wú)限式拉桿秤、彈簧自動(dòng)秤和箱式自動(dòng)秤。其中，不等臂臂式平臺(tái)平衡秤（"十進(jìn)秤"）已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)今整個(gè)國(guó)際上用于動(dòng)態(tài)檢測(cè)軌道衡的各種科學(xué)檢測(cè)技術(shù)中的鼻祖，至今它仍然被廣泛認(rèn)為已經(jīng)是最普遍的和通用的一種平臺(tái)秤。

電子秤系列傳統(tǒng)系列產(chǎn)品總的發(fā)展趨勢(shì)主要可以分為三種：系統(tǒng)的小型化，模塊式，集成式，智能化;其主要控制系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)特征主要有兩個(gè)方面：一是控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)工作速率高，準(zhǔn)確度好，穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性好;其主要控制功能特征傾斜于被稱(chēng)重貨物計(jì)量系統(tǒng)中的其他控制符號(hào)信息和非被稱(chēng)重貨物計(jì)量系統(tǒng)中其他控制符號(hào)信息相互結(jié)合的"智能化"控制功能;它們?cè)谥饕獞?yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)就更明顯地趨向于整體性和組合式。

便攜式商用電子秤的軟件和硬件控制系統(tǒng)主要包括自動(dòng)應(yīng)變式電子稱(chēng)重設(shè)備的傳感器，放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)系統(tǒng)，按鍵/鍵盤(pán)啟動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，LCD數(shù)字顯示器，打印機(jī)等部分組件。

2.設(shè)計(jì)方案

硬件測(cè)試電路設(shè)計(jì)是一個(gè)直接關(guān)系決定電子測(cè)試實(shí)驗(yàn)儀器產(chǎn)品質(zhì)量和測(cè)試性能的重要關(guān)鍵。便攜式激光智能分析儀器的軟硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以輕巧、簡(jiǎn)單、低成本的使用功耗、高效率的使用成本等各種基礎(chǔ)性的硬件設(shè)計(jì)作為其基本原理，盡量減少了使用各種集成化的儀器芯片，減小了集成電路板的尺寸。本書(shū)第一部分章節(jié)主要是針對(duì)便攜式家用電子秤各種工作單位和電路的工作特點(diǎn)做了詳盡的介紹，并就幾種類(lèi)型家用電子秤各種工作單位及各種電子秤的工作單位和電路分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)和論述。

本課題便攜式電子秤需要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)目標(biāo)為：

（1） 量程：0～15kg

（2） 分度值：0.005kg

（3） 誤差：±0.005kg

（4） 功能特點(diǎn)：自動(dòng)開(kāi)機(jī)自檢、去皮、計(jì)價(jià)、清零、自動(dòng)關(guān)機(jī)休眠、中文字幕及全液晶電視顯示、過(guò)載或者過(guò)壓報(bào)警;該檢測(cè)儀器如果沒(méi)有在其主機(jī)上執(zhí)行正常的稱(chēng)重驅(qū)動(dòng)操作，則5分鐘后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將其轉(zhuǎn)換為休眠工作狀態(tài)，從而降低了驅(qū)動(dòng)電源的能耗。

便攜式商用電子秤的軟件和硬件控制系統(tǒng)主要包括自動(dòng)應(yīng)變式電子稱(chēng)重設(shè)備的傳感器，放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)系統(tǒng)，按鍵/鍵盤(pán)啟動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，LCD數(shù)字顯示器，打印機(jī)等部分組件。單片機(jī)式電子秤的軟硬件設(shè)計(jì)方案框圖如下圖2-1所示。

3.電子秤主程序

稱(chēng)重重力傳感器系統(tǒng)可以通過(guò)感應(yīng)檢測(cè)到被輸入檢測(cè)物質(zhì)量的內(nèi)部重力，并同時(shí)輸出一個(gè)微弱毫伏電壓等級(jí)的額定電壓。該回路電壓控制信號(hào)經(jīng)由一臺(tái)電子秤中一個(gè)專(zhuān)用的數(shù)字模擬/音頻數(shù)字（a/d）數(shù)字音頻模擬信號(hào)電路轉(zhuǎn)換器組成控制電路芯片，并通過(guò)采用a/hx711對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)傳感器模塊中的數(shù)字音頻模擬信號(hào)調(diào)理電路模塊進(jìn)行數(shù)字音頻信號(hào)調(diào)理和模擬信號(hào)電路轉(zhuǎn)換。hx711采用來(lái)自美國(guó)德州海芯智能電子科技基于先進(jìn)的高頻集成電路等多項(xiàng)實(shí)際國(guó)家專(zhuān)利研發(fā)技術(shù)，是一種特別為高標(biāo)準(zhǔn)、高性能精度商用智能電子秤而進(jìn)行自主研發(fā)設(shè)計(jì)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)和自主研制設(shè)計(jì)生產(chǎn)的新設(shè)計(jì)的24位高頻功率a/d數(shù)字信號(hào)控制轉(zhuǎn)換器高頻控制系統(tǒng)芯片，它主要內(nèi)置一個(gè)具有高度可變性和高功率增益性的高頻控制，精度高，性能穩(wěn)定。hx711芯片主要是由2條直流線以串行的總線方式將其連接起來(lái)到一個(gè)單片機(jī)上來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。單片機(jī)器件可以直接讀取被音頻檢測(cè)器收到的音頻數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字計(jì)算和信號(hào)轉(zhuǎn)換，再在整個(gè)液晶屏上進(jìn)行展現(xiàn)。

應(yīng)變式自動(dòng)稱(chēng)重測(cè)量傳感器之間的運(yùn)動(dòng)誤差，主要形成原因之一是由于稱(chēng)重傳感器自身的非線性、不良的重復(fù)性以及運(yùn)動(dòng)滯后等基本特征。在實(shí)際生產(chǎn)使用的操作過(guò)程中，由于儀器周?chē)h(huán)境的溫度變化也很有可能會(huì)直接導(dǎo)致溫度傳感器零點(diǎn)系數(shù)漂移及其他傳感器的溫度系數(shù)漂移發(fā)生較大改變。所有這些傳感器錯(cuò)誤均已成功通過(guò)各種錯(cuò)誤補(bǔ)償和微處理器措施，以減少傳感器中的錯(cuò)誤并在設(shè)計(jì)和制造傳感器時(shí)達(dá)到最小的錯(cuò)誤級(jí)別，其余組件很難再進(jìn)行糾正，它們中的錯(cuò)誤可以用作偶然的錯(cuò)誤，以進(jìn)行正確的補(bǔ)償和校正。

4.總結(jié)

本文的設(shè)計(jì)方案是基于當(dāng)今社會(huì)的需求，研究范圍包括傳感器、計(jì)算機(jī)和信息處理等學(xué)科研究領(lǐng)域。在制定項(xiàng)目計(jì)劃，儀器硬件設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，必須進(jìn)行充分而仔細(xì)的考慮。本文所設(shè)計(jì)的智能化便攜電子秤具有精度高、輕巧便攜、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，并兼具稱(chēng)量和質(zhì)檢功能并且具備常用的計(jì)算能力，能夠充分滿足我國(guó)企業(yè)貿(mào)易及大中型城市居民住房的使用需求，項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)要求與OIML（國(guó)際法制計(jì)量組織）建議基本吻合，與國(guó)際水平接軌。

受研究時(shí)間和本人知識(shí)結(jié)構(gòu)的制約，設(shè)計(jì)過(guò)程中不可避免地存在一些問(wèn)題，有待于今后不斷學(xué)習(xí)、提高。

參考文獻(xiàn)

[1]Design and analysis of digital sensors and measurementtechnology enable Industry PID Controllerin MCU andFPGA. LEEK， KIMY. International SoC DesignConference ISOCC. 2018

[2]Sensors 4.0-smart 4.0. SCHTZEA， HELWIGN，SCHNEIDERT. Journal of Sensors and Sensor systems.2018

[3]卜曉雪，王朝陽(yáng)，石磊.電子計(jì)價(jià)秤防作弊措施思考[J].工業(yè)計(jì)量.2019（02）

[4]高明華，楊根紅，沈文波.一種新型智能電子秤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].現(xiàn)代電子技術(shù). 2017（14）

[5]葛海江.基于HX711的高精度電子稱(chēng)重研究[J].電子測(cè)試.2019（10）