原创 基于单片机数字式智能电子热量称的设计

1.引言 称重装置是工农业生产和商品流通扩大中不可缺少的计量工具，电子秤以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而受到人们的青睐。随着人们生活水平的提高，在全民重视健康，生活品质日益提高的今天，除了能够实现称重，智能化和开发新功能是设计研发的主要趋势。开发智能热量称功能成为一个新方向，将电子技术实际应用到日常生活中，解决和填补人们在实用生活家电某些功能的不足和空白。本文研究基于单片机的电子称设计，在不增加成本的基础上开发电子称的新功能，设计数字式智能电子热量称，指导人们健康生活，具有实际应用和推广价值。 2.电子热量称系统设计 称重传感器感应被测重力，本设计中选用电阻应变式压力传感器作为电子称称重传感器，当有垂直压力作用时，传感器将电阻值变化转化成微弱的毫伏级电压信号输出。该电压信号经过放大电路放大后输入模拟/数字(A/D)转换器，转换成数字信号再输出到单片机进行处理。单片机根据矩阵键盘输入的热量信息，把电子热量称得到的结果输出液晶显示器显示。系统总体设计如图1所示。

图1中，传感器信号调理转换电路采用HX711芯片。HX711是专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片，内置增益控制，精度高，性能稳定，芯片通过2线串行方式与单片机通信。单片机读取被测数据，进行计算转换，再液晶屏上显示出来。 3.系统硬件设计 3.1 称重传感器 本设计中称重传感器采用高精度电阻应变式压力传感器，测量量程0-10kg,测量精度可达5g.电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，稳定性较好，精度和灵敏度较高，寿命较长，对测量环境要求不太严格。内部由4个电阻应变片构成惠更斯电桥，当拉伸或压缩应变片产生变形，它的阻值将发生变化，从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。电阻应变式传感器测量原理如图2所示。

3.2 HX711电路 图3为HX711构成的称重信号调理转换电路，通道A与传感器相连，管脚PD_SCK和DOUT组成串口通讯线，用来输出数据，选择输入通道和增益。

当数据输出管脚DOUT为高电平时，表明A/D转换器还未准备好输出数据，此时串口时钟输入信号PD_SCK应为低电平。 当DOUT从高电平变低电平后，PD_SCK应输入25至27个不等的时钟脉冲。其中第一个时钟脉冲的上升沿将读出输出24位数据的最高位(MSB)，直至第24个时钟脉冲完成，24位输出数据从最高位至最低位逐位输出完成。第25至27个时钟脉冲用来选择下一次A/D转换的输入通道和增益。 PD_SCK的输入时钟脉冲数不应少于25或多于27,否则会造成串口通讯错误。当A/D转换器的输入通道或增益改变时，A/D转换器需要4个数据输出周期才能稳定。 DOUT在4个数据输出周期后才会从高电平变低电平，输出有效数据。 3.3 矩阵键盘 在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处通过一个按键加以连接，本设计中使用8051单片机的P1口用作键盘I/O口，键盘的列线接到P1口的低4位，键盘的行线接到P1口的高4位。列线P1.0-P1.3分别接有4个上拉电阻到正电源+5V,并把列线P 1 . 0 - P 1 . 3设置为输入线，行线P1.4-P1.7设置为输出线。4根行线和4根列线形成16个相交点。在交叉点设置4×4矩阵键盘，可以显示0-9数字、小数点和五个功能键。 3.4 液晶显示 液晶显示选用128*64汉字屏JLX12864G-086-PC显示信息。该显示模块既可以当成普通的图像型液晶显示模块使用(即显示普通图像型的单色图片功能)，又含有JLX-GB2312字库IC,可以从字库IC中读出内置的字库的点阵数据写入到LCD驱动IC中，以达到显示汉字的目的。 4.系统软件设计 本设计以STC89C52为核心器件，使用keil C51编译器，结合proteus软件对设计进行功能仿真。系统软件由定时中断模块、键盘扫描模块、显示模块、主程序模块构成，定时器用来实现每0.5秒称重一次。主程序流程图如图4所示。

5.系统性能测试 在设计电路的过程中，先在proteus软件中仿真，模拟重量的电压值由电路中的电位计来控制，改变电压，相当于改变重量在压力传感器上的输出电压。以实现模拟称重的过程。仿真成功后，实际制作出电路模型，输入食物的单位热量参数，进行实物调试，达到设计要求。 6.总结 以单片机为核心研制出新型的数字式电子热量称，在软硬件控制下实现智能化称重，并根据重量直接转化为常见食物的热量。该设计准确度高，稳定性好，在不增加成本的前提下，通过单片机技术，开发电子秤零成本的新功能，为电子秤开辟新的应用道路，成为现代家庭都买得起的必备电子产品。在全民重视健康，生活品质日益提高的今天，将电子技术实际应用到日常生活中，为家家户户提供健康参考，解决和填补人们在实用生活家电某些功能的不足和空白，具有广泛的推广和应用价值。