基于單片機數字式智能電子熱量稱(chēng)的設計

　　1.引言

　　稱(chēng)重裝置是工農業(yè)生產(chǎn)和商品流通擴大中不可缺少的計量工具，電子秤以其準確、快速、方便、顯示直觀(guān)等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。隨著(zhù)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，除了能夠實(shí)現稱(chēng)重，智能化和開(kāi)發(fā)新功能是設計研發(fā)的主要趨勢。開(kāi)發(fā)智能熱量稱(chēng)功能成為一個(gè)新方向，將電子技術(shù)實(shí)際應用到日常生活中，解決和填補人們在實(shí)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(chēng)設計，在不增加成本的基礎上開(kāi)發(fā)電子稱(chēng)的新功能，設計數字式智能電子熱量稱(chēng)，指導人們健康生活，具有實(shí)際應用和推廣價(jià)值。

　　2.電子熱量稱(chēng)系統設計

　　稱(chēng)重傳感器感應被測重力，本設計中選用電阻應變式壓力傳感器作為電子稱(chēng)稱(chēng)重傳感器，當有垂直壓力作用時(shí)，傳感器將電阻值變化轉化成微弱的毫伏級電壓信號輸出。該電壓信號經(jīng)過(guò)放大電路放大后輸入模擬/數字（A/D）轉換器，轉換成數字信號再輸出到單片機進(jìn)行處理。單片機根據矩陣鍵盤(pán)輸入的熱量信息，把電子熱量稱(chēng)得到的結果輸出液晶顯示器顯示。系統總體設計如圖1所示。

　　圖1中，傳感器信號調理轉換電路采用HX711芯片。HX711是專(zhuān)為高精度電子秤而設計的24位A/D轉換器芯片，內置增益控制，精度高，性能穩定，芯片通過(guò)2線(xiàn)串行方式與單片機通信。單片機讀取被測數據，進(jìn)行計算轉換，再液晶屏上顯示出來(lái)。

　　3.系統硬件設計

　　3.1 稱(chēng)重傳感器

　　本設計中稱(chēng)重傳感器采用高精度電阻應變式壓力傳感器，測量量程0-10kg,測量精度可達5g.電阻應變式壓力傳感器主要由彈性體、電阻應變片電纜線(xiàn)等組成，穩定性較好，精度和靈敏度較高，壽命較長(cháng)，對測量環(huán)境要求不太嚴格。內部由4個(gè)電阻應變片構成惠更斯電橋，當拉伸或壓縮應變片產(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)生相應的差動(dòng)信號，供后續電路測量和處理。電阻應變式傳感器測量原理如圖2所示。

　　3.2 HX711電路

　　圖3為HX711構成的稱(chēng)重信號調理轉換電路，通道A與傳感器相連，管腳PD_SCK和DOUT組成串口通訊線(xiàn)，用來(lái)輸出數據，選擇輸入通道和增益。

　　當數據輸出管腳D O U T為高電平時(shí)，表明A/D轉換器還未準備好輸出數據，此時(shí)串口時(shí)鐘輸入信號PD_SCK應為低電平。

　　當DOUT從高電平變低電平后，PD_SCK應輸入25至27個(gè)不等的時(shí)鐘脈沖。其中第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿將讀出輸出24位數據的最高位（MSB），直至第24個(gè)時(shí)鐘脈沖完成，24位輸出數據從最高位至最低位逐位輸出完成。第25至27個(gè)時(shí)鐘脈沖用來(lái)選擇下一次A/D轉換的輸入通道和增益。

　　PD_SCK的輸入時(shí)鐘脈沖數不應少于25或多于27,否則會(huì )造成串口通訊錯誤。當A/D轉換器的輸入通道或增益改變時(shí)，A/D轉換器需要4個(gè)數據輸出周期才能穩定。

　　DOUT在4個(gè)數據輸出周期后才會(huì )從高電平變低電平，輸出有效數據。

　　3.3 矩陣鍵盤(pán)

　　在鍵盤(pán)中按鍵數量較多時(shí)，為了減少I(mǎi)/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤(pán)中，每條水平線(xiàn)和垂直線(xiàn)在交叉處通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接，本設計中使用8051單片機的P1口用作鍵盤(pán)I/O口，鍵盤(pán)的列線(xiàn)接到P1口的低4位，鍵盤(pán)的行線(xiàn)接到P1口的高4位。列線(xiàn)P1.0-P1.3分別接有4個(gè)上拉電阻到正電源+5V,并把列線(xiàn)P 1 . 0 - P 1 . 3設置為輸入線(xiàn)，行線(xiàn)P1.4-P1.7設置為輸出線(xiàn)。4根行線(xiàn)和4根列線(xiàn)形成16個(gè)相交點(diǎn)。在交叉點(diǎn)設置4×4矩陣鍵盤(pán)，可以顯示0-9數字、小數點(diǎn)和五個(gè)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中讀出內置的字庫的點(diǎn)陣數據寫(xiě)入到LCD驅動(dòng)IC中，以達到顯示漢字的目的。

　　4.系統軟件設計

　　本設計以STC89C52為核心器件，使用keil C51編譯器，結合proteus軟件對設計進(jìn)行功能仿真。系統軟件由定時(shí)中斷模塊、鍵盤(pán)掃描模塊、顯示模塊、主程序模塊構成，定時(shí)器用來(lái)實(shí)現每0.5秒稱(chēng)重一次。主程序流程圖如圖4所示。

　　5.系統性能測試

　　在設計電路的過(guò)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(lái)控制，改變電壓，相當于改變重量在壓力傳感器上的輸出電壓。以實(shí)現模擬稱(chēng)重的過(guò)程。仿真成功后，實(shí)際制作出電路模型，輸入食物的單位熱量參數，進(jìn)行實(shí)物調試，達到設計要求。

　　6.總結

　　以單片機為核心研制出新型的數字式電子熱量稱(chēng)，在軟硬件控制下實(shí)現智能化稱(chēng)重，并根據重量直接轉化為常見(jiàn)食物的熱量。該設計準確度高，穩定性好，在不增加成本的前提下，通過(guò)單片機技術(shù)，開(kāi)發(fā)電子秤零成本的新功能，為電子秤開(kāi)辟新的應用道路，成為現代家庭都買(mǎi)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(shí)際應用到日常生活中，為家家戶(hù)戶(hù)提供健康參考，解決和填補人們在實(shí)用生活家電某些功能的不足和空白，具有廣泛的推廣和應用價(jià)值