1.引言

稱重裝置是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和商品流通擴大中不可缺少的計量工具，電子秤以其準(zhǔn)確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點而受到人們的青睞。隨著人們生活水平的提高，在全民重視健康，生活品質(zhì)日益提高的今天，除了能夠?qū)崿F(xiàn)稱重，智能化和開發(fā)新功能是設(shè)計研發(fā)的主要趨勢。開發(fā)智能熱量稱功能成為一個新方向，將電子技術(shù)實際應(yīng)用到日常生活中，解決和填補人們在實用生活家電某些功能的不足和空白。本文研究基于單片機的電子稱設(shè)計，在不增加成本的基礎(chǔ)上開發(fā)電子稱的新功能，設(shè)計數(shù)字式智能電子熱量稱，指導(dǎo)人們健康生活，具有實際應(yīng)用和推廣價值。

2.電子熱量稱系統(tǒng)設(shè)計

稱重傳感器感應(yīng)被測重力，本設(shè)計中選用電阻應(yīng)變式壓力傳感器作為電子稱稱重傳感器，當(dāng)有垂直壓力作用時，傳感器將電阻值變化轉(zhuǎn)化成微弱的毫伏級電壓信號輸出。該電壓信號經(jīng)過放大電路放大后輸入模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再輸出到單片機進行處理。單片機根據(jù)矩陣鍵盤輸入的熱量信息，把電子熱量稱得到的結(jié)果輸出液晶顯示器顯示。系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。

圖1中，傳感器信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路采用HX711芯片。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，內(nèi)置增益控制，精度高，性能穩(wěn)定，芯片通過2線串行方式與單片機通信。單片機讀取被測數(shù)據(jù)，進行計算轉(zhuǎn)換，再液晶屏上顯示出來。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 稱重傳感器

本設(shè)計中稱重傳感器采用高精度電阻應(yīng)變式壓力傳感器，測量量程0-10kg,測量精度可達5g.電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，穩(wěn)定性較好，精度和靈敏度較高，壽命較長，對測量環(huán)境要求不太嚴(yán)格。內(nèi)部由4個電阻應(yīng)變片構(gòu)成惠更斯電橋，當(dāng)拉伸或壓縮應(yīng)變片產(chǎn)生變形，它的阻值將發(fā)生變化，從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng)的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。電阻應(yīng)變式傳感器測量原理如圖2所示。

3.2 HX711電路

圖3為HX711構(gòu)成的稱重信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路，通道A與傳感器相連，管腳PD_SCK和DOUT組成串口通訊線，用來輸出數(shù)據(jù)，選擇輸入通道和增益。

當(dāng)數(shù)據(jù)輸出管腳D O U T為高電平時，表明A/D轉(zhuǎn)換器還未準(zhǔn)備好輸出數(shù)據(jù)，此時串口時鐘輸入信號PD_SCK應(yīng)為低電平。

當(dāng)DOUT從高電平變低電平后，PD_SCK應(yīng)輸入25至27個不等的時鐘脈沖。其中第一個時鐘脈沖的上升沿將讀出輸出24位數(shù)據(jù)的最高位（MSB），直至第24個時鐘脈沖完成，24位輸出數(shù)據(jù)從最高位至最低位逐位輸出完成。第25至27個時鐘脈沖用來選擇下一次A/D轉(zhuǎn)換的輸入通道和增益。

PD_SCK的輸入時鐘脈沖數(shù)不應(yīng)少于25或多于27,否則會造成串口通訊錯誤。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入通道或增益改變時，A/D轉(zhuǎn)換器需要4個數(shù)據(jù)輸出周期才能穩(wěn)定。

DOUT在4個數(shù)據(jù)輸出周期后才會從高電平變低電平，輸出有效數(shù)據(jù)。

3.3 矩陣鍵盤

在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處通過一個按鍵加以連接，本設(shè)計中使用8051單片機的P1口用作鍵盤I/O口，鍵盤的列線接到P1口的低4位，鍵盤的行線接到P1口的高4位。列線P1.0-P1.3分別接有4個上拉電阻到正電源+5V,并把列線P 1 . 0 - P 1 . 3設(shè)置為輸入線，行線P1.4-P1.7設(shè)置為輸出線。4根行線和4根列線形成16個相交點。在交叉點設(shè)置4×4矩陣鍵盤，可以顯示0-9數(shù)字、小數(shù)點和五個功能鍵。

3.4 液晶顯示

液晶顯示選用128*64漢字屏JLX12864G-086-PC顯示信息。該顯示模塊既可以當(dāng)成普通的圖像型液晶顯示模塊使用（即顯示普通圖像型的單色圖片功能），又含有JLX-GB2312字庫IC,可以從字庫IC中讀出內(nèi)置的字庫的點陣數(shù)據(jù)寫入到LCD驅(qū)動IC中，以達到顯示漢字的目的。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計以STC89C52為核心器件，使用keil C51編譯器，結(jié)合proteus軟件對設(shè)計進行功能仿真。系統(tǒng)軟件由定時中斷模塊、鍵盤掃描模塊、顯示模塊、主程序模塊構(gòu)成，定時器用來實現(xiàn)每0.5秒稱重一次。主程序流程圖如圖4所示。

5.系統(tǒng)性能測試

在設(shè)計電路的過程中，先在proteus軟件中仿真，模擬重量的電壓值由電路中的電位計來控制，改變電壓，相當(dāng)于改變重量在壓力傳感器上的輸出電壓。以實現(xiàn)模擬稱重的過程。仿真成功后，實際制作出電路模型，輸入食物的單位熱量參數(shù)，進行實物調(diào)試，達到設(shè)計要求。

6.總結(jié)

以單片機為核心研制出新型的數(shù)字式電子熱量稱，在軟硬件控制下實現(xiàn)智能化稱重，并根據(jù)重量直接轉(zhuǎn)化為常見食物的熱量。該設(shè)計準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，在不增加成本的前提下，通過單片機技術(shù)，開發(fā)電子秤零成本的新功能，為電子秤開辟新的應(yīng)用道路，成為現(xiàn)代家庭都買得起的必備電子產(chǎn)品。在全民重視健康，生活品質(zhì)日益提高的今天，將電子技術(shù)實際應(yīng)用到日常生活中，為家家戶戶提供健康參考，解決和填補人們在實用生活家電某些功能的不足和空白，具有廣泛的推廣和應(yīng)用價值。（作者：江杭軍 朱型存 施燁凱 張麗萍）