基于STC89C52单片机的智能电子称设计

彭茗，王凌志，时慧慧

（南京工程学院自动化学院，江苏南京，211167）

0 引言

随着电子技术发展及传感器技术广泛应用，电子称重技术日益成熟。尤其是微处理器的出现，进一步发展了电子称重技术，电子称量装置凭借其反应灵敏、显示直接、数据准确、性价比高等优势受到大家欢迎。综合上述因素而设计一款基于单片机的智能电子称。

1 系统基本原理

智能电子秤主要工作原理：称盘上放有物品时，会对传感器形成一压力，使得传感器随之产生力-电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系的模拟电信号，经电路放大、滤波，模数（A/D）转换，送CPU处理，同时能从键盘输入及软件控制输出到显示器或打印机[1]。

电子秤的系统方案设计，需考虑器件成本、技术可行性、实用性等综合因素，其系统基本组成如图1所示。

图1 基于单片机的电子秤硬件方案

2 硬件组成及配件选用

■2.1 信号采集部分

信号采集部分主要通过传感器传来的模拟量信号送入STC89C52的A/D转换器的模拟输入通道来完成信号的采集。其中的传感器选择的是电阻应变式称重传感器，选用HX711芯片作为模数转换器。

2.1.1 传感器的选择

电子称可使用的传感器型号规格繁杂，不同的方案将影响到产品最终的成本价格、系统性能、尤其是测量精度及可靠性稳定性等，差异很大。本系统设计基于上述多种因素加以反复比较、综合考虑，最终确定采用电阻应变式压力传感器相比更适合本设计需求。

2.1.2 AD转换芯片选择

方案1：HX711是24位A/D转换器芯片，专门为高精度电子秤而设计。HX711与同类型其它芯片相比，集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路,具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点[2]。

方案2：AD7655是在单芯片中集成了6个16位、快速、低功耗、逐次逼近型ADC。内核由4.5V至5.5 V的单电源供电，它具有最大 4 LSBSINL，最高吞吐量可达250kSPS。该器件具有宽带宽采样保持放大器、低噪声，可处理高达8 MHz的输入频率。

综合考虑经济实用等因素，最终选择HX711芯片作为我们的AD转换芯片。

■2.2 STC89C52芯片与电路

2.2.1 系统核心STC89C52概述

STC89C52单片机是系统核心，是8051单片机系列的升级换代产品，它的内部集成了专用电路,使运行更加快速，它的输入输出接口丰富，可以轻易实现多而繁的功能。它是一种低功耗、高性能的CMOS 8位单片机，它包含8KB ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器。该器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造、兼容标准 MCS51指令系统和80C51引脚结构[3]。既可以作为电路的主控制器，又可以作为前端操作系统。它具有可靠性高、功耗低、体积小、系统易扩展等优点，在工业生产方面应用广泛[4]。

2.2.2 单片机最小系统设计

单片机最小系统主要有晶振电路、复位电路、和电源电路等组成（见图2）。

■2.3 显示功能

本设计显示功能采用LCD12864液晶模块。LCD12864有着功耗低、体积小、重量轻、超薄等诸多其他显示器无法比拟的优点，近几年来，它广泛应用于单片机控制的智能仪器仪表和小功率电子产品中。该模块有整体的图形点阵显示,所以用它来显示图形和字符，显示清晰全面。电路图如图3所示。

图2 单片机最小系统设计

图3 LCD12864原理图

■2.4 现场通信

2.4.1 蓝牙技术

蓝牙技术是一种近距离无线通信技术,由于它具有安全性高和受干扰性小的特点近年来得到了广泛应用。通过单片机对蓝牙模块进行开发，建立蓝牙模块与蓝牙手机之间的通信，实现蓝牙手机对单片机和蓝牙模块系统的控制。同时，蓝牙模块具有与特定蓝牙设备绑定的功能，将其运用在嵌入式安全系统中，可大大提高系统的安全性和稳定性[5]。

2.4.2 HC08蓝牙模块

系统设计时，将HC-08模块连接到开发板上，每一个供电模块就是一个蓝牙节点，此时打开手机的蓝牙功能，即可搜索到该蓝牙设备。

图4 智能电子称手机端

在手机上安装相应的软件就可实现与HC-08模块的无线通信并且通过串口引脚可以达成与单片机的通信，实现手机控制开发板动作（见图4）。

蓝牙电路图由AMS1117，HC-08等模块组成，其中AMS1117的作用是将5V的电源降压成3.3V给HC-08模块供电，其中开发板预留了排针，供HC-08芯片使用，见图5。

图5 蓝牙模块原理图

■2.5 报警电路

报警电路由放大电路，蜂鸣器等组成，当所称量物体超出最大测量值时，P37端口电平变高，三极管导通，蜂鸣器报警。电路图如图6所示。

图6 报警电路原理图

3 软件设计

本设计的软件控制主要组成部分为系统初始化、按键检测、数据采集、数据处理及显示等。这几个部分全部采用模块化设计, 方便在主程序中调用。系统上电后, 首先进行的操作是信号放大电路的初始化，包括单片机的初始化、AD模块的初始化等。然后由传感器采集数据, 采集的数据经单片机处理后，在液晶模块上显示, 如果检测到按键信号,就根据按键所传递的信息，调用相应的子程序。主程序流程图如图7 所示。

图7 系统主程序代码框架图

4 调试与总结

称重调试过程中,依次增大砝码质量，使砝码的重心在传感器测试区的中心（见图8）。

图8 智能电子称样机

待显示值稳定后，记下显示值。通过多次重复测量并记录砝码的实际重量和系统所测量的值（见表1），砝码由轻到重一次连续增加，不要进行中途撤去砝码[6]。

表1 测量数据

基于STC89C52单片机平台，运用可有效减少称重误差的HX711高精度芯片，可使用手机蓝牙通信或按键方式等设置单价进行总价计算，并通过显示器显示计算结果，电子秤达到了设计目标要求。