介紹一款以STC89C52RC單片機(jī)為控制器，利用電阻應(yīng)變片為稱重傳感器的電子稱設(shè)計方法。受力改變應(yīng)變片的阻 值，進(jìn)而改變輸出電壓。通過建立數(shù)學(xué)模型，使輸出電壓與壓力成線性關(guān)系，從而得到物體質(zhì)量。稱重傳感器在受到壓力時 形變量小，輸出的電壓信號微弱，采用高精度轉(zhuǎn)換芯片HX711將信號放大并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使轉(zhuǎn)換數(shù)值與物重相對應(yīng)，并用 12864液晶屏顯示。根據(jù)現(xiàn)實需求，電子稱可實現(xiàn)計價和超重報警等功能。

1.引言

電子稱是目前電子設(shè)計的一個熱門課題，它在日 常生活、環(huán)境保護(hù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和科研等領(lǐng)域應(yīng)用廣 泛。隨著集成電路技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有很 多基于數(shù)模混合電路的電子稱設(shè)計。設(shè)計一般采用電 阻應(yīng)變片作為稱重傳感器，由于應(yīng)變片具有一定的非線 性，使得測量精度受到一定限制。研制造價低、精度高、功 能強(qiáng)的電子稱是電子工程師一貫追求的目標(biāo)。

本文設(shè)計的電子稱如圖1所示，該系統(tǒng)以 STC89C52RC芯片為主控單元，并由稱重傳感器、信號放 大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示器等部分構(gòu)成。特別地，通過采用 高精度AD轉(zhuǎn)換芯片HX711和電阻應(yīng)變片組成的全橋電 路，提高了稱重精度和抗干擾能力。

2 .理論基礎(chǔ)

2.1稱重傳感器原理

電阻應(yīng)變式傳感器是將被測量的力通過金屬彈 性形變轉(zhuǎn)換成電阻變化的器件，由電阻應(yīng)變片和測量電 路兩部分組成。本文采用的是電阻應(yīng)變片，電阻絲排成 網(wǎng)狀以獲得高阻值，電阻絲兩端引出導(dǎo)線，線珊上面有覆 蓋層，起保護(hù)作用。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻 應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械形變時，它的電阻值發(fā)生相 應(yīng)改變。

設(shè)有一根電阻絲，它在未受力時的原始電阻值為：

3.硬件設(shè)計

物體的重量使傳感器發(fā)生形變，阻抗就會發(fā)生變化， 產(chǎn)生一個變化的模擬信號，該模擬信號需要由放大電路放 大后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入到微處理 器處理。微處理器根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⒔Y(jié)果輸出到 顯示器上，如圖3所示。

3. 1單片機(jī)STC89CS2RC最小系統(tǒng)

STC89C52RC是一種低功耗、高性能CMOS8位微控 制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器、512字 節(jié)RA、32位I/O 口線、內(nèi)置4 KB EEPROM、個16位定 時器/計數(shù)器、個外部中斷結(jié)構(gòu)和全雙工串行口。另夕卜， STC89C52RC可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，可選擇節(jié)電模 式。圖4所示為STC89C52RC的最小系統(tǒng)，是片內(nèi)有 ROM/EPROM的單片機(jī)，其最小系統(tǒng)簡單可靠，僅由時 鐘電路、復(fù)位電路和電源電路構(gòu)成。

3.2 HX711外圍電路

HX711作為一款專為高精度稱重傳感器設(shè)計的24位 A/D轉(zhuǎn)換芯片，集成度高、響應(yīng)速度快、且抗干擾能力 強(qiáng)。自帶的穩(wěn)壓電源可直接向傳感器和片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換 器提供電源，而無需另外的模擬電源。HX711芯片內(nèi)部的時鐘振蕩器不需要任何外接器件，具備上電自動復(fù)位功 能，該功能簡化了開機(jī)的初始化過程。其外圍電路如圖5 所示。

3.3顯示電路與單片機(jī)接口電路

LCD12864液晶的顯示分辨率為128X64，內(nèi)置8 192個 16X16點漢字和128個16X8點ASCII字符集。采用 LCD12864顯示，利用該模塊靈活的接口方式和簡單方便 的操作指令，可以顯示8X4行16X16點陣的漢字，也可 完成圖形顯示，構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。 LCD12864與單片機(jī)的連接如圖6所示。

3.4鍵盤電路與單片機(jī)接口

設(shè)計按鍵數(shù)量較多，為了減少I/O 口的占用，將按鍵 排列成矩陣形式。設(shè)計采用矩陣式鍵盤，每條水平線和垂 直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。 這樣一個端口就可以構(gòu)成3X4=12個按鍵，比直接將端 口線用于鍵盤多出一倍，且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯。鍵盤 為4X4鍵盤，包括數(shù)字鍵及功能鍵，鍵盤電路與單片機(jī)接 口電路如圖7所示。

3.5報警電路

當(dāng)電路檢測到稱重的物體超過儀器的測量范圍時，將 產(chǎn)生一個信號給報警電路，使其報警從而提醒工作人員注 意，超限報警電路如圖8所示。

4.軟件設(shè)計

軟件部分主要實現(xiàn)鍵盤的設(shè)置和顯示，流程如圖9所示。

1）鍵盤實現(xiàn)功能：去皮，設(shè)定單價。

2）顯示部分：顯示重量、單價和總額。

5.測試及結(jié)果分析

5.1測試方案

硬件接通上電后，檢驗各模塊是否正常，用萬用表測 量電路焊接和連接是否正確，檢驗顯示功能、鍵盤功能是 否正常。用仿真軟件 Protues 畫出電路圖，將程序燒進(jìn)仿 真軟件，觀察所需功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)，并進(jìn)行軟件改寫和 重復(fù)仿真，不斷觀察其效果。

將驗證的硬件電路搭建好并上電，將程序?qū)戇M(jìn)單片 機(jī)，用標(biāo)準(zhǔn)的砝碼來測試和調(diào)節(jié)電子秤的準(zhǔn)確性，記錄每 個砝碼組合的標(biāo)準(zhǔn)重量和實測值，用軟件將誤差調(diào)到最 小，以達(dá)到最佳稱重效果。

5.2結(jié)果與分析

經(jīng)過軟硬件調(diào)試及數(shù)據(jù)分析和矯正，電子秤基本 實現(xiàn)了稱重（去皮稱重）、顯示和超限報警等功能。稱重誤 差在允許范圍之內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)：稱重小于50 g,稱重 誤差小于0. 5 g;稱重在50 g及以上，稱重誤差小于1 g,如 表1所示。電子稱可以設(shè)置單價（元/克），可計算物品金 額并實現(xiàn)金額累加；電子稱實現(xiàn)了去皮功能。

6.結(jié)論

設(shè)計一款基于STC89C52RC單片機(jī)的電子稱，詳細(xì) 介紹了電子稱的硬件電路、軟件實現(xiàn)和調(diào)試過程。經(jīng)測試 表明，系統(tǒng)具有可靠性高、準(zhǔn)確度高、抗干擾能力強(qiáng)和成本 低等優(yōu)點，可在日常生活、工業(yè)現(xiàn)場和實驗室等各種場合 推廣應(yīng)用。