基于单片机的便携式电子秤设计与仿真＊

朱洪浪，谭 浩，曾陈萍，董加强，向镍锌

（西昌学院信息技术学院，四川 凉山彝族自治州615000）

1 引言

随着中国经济飞速发展，百姓生活质量也迅速提升，特别是国内消费能力变得越来越强。在消费中使用的计量工具呈现出多样化形态，特别是称重工具，如杆秤、弹簧盘秤、台式电子秤[1]。虽然这些称重工具被广泛使用在日常贸易，但依然存在很大局限，如成本高、体积大、交流供电、商贩易更改[2]。因此随着微处理和传感技术发展，为适应更高要求的称重技术，设计一款具有轻便、操作简单、功耗低、成本低的多功能便携式电子秤，其价值十分明显[3]。

本设计采用了低功耗芯片、高精度模数转换器来实现，具有测量精度高、制造成本低等优势。主要功能：称重计量、电量监测、重量显示、超重报警、低电量报警。检定范围为0～10 kg，测量精度为5 g。

2 方案设计

本电子称采用模块化设计法，以单片机为信息运算处理核心，主要包括称重和电源监测模块。电源监测采用5 V电池供电，首先经采样电阻获取电压，模数转换后给单片机。然后单片机通过扫描与功能按键相连的引脚，并判断各引脚电平、功能按键的状态。最后单片机计算电源电量，并显示电源和判断是否低电压报警。称重模块首先由桥式电阻应变片传感器产生力电效应，将待称物品重量信息转换成应变片电阻变化，则HX711输入端电压发生变化。然后单片机接收HX711输出的信号，扫描按键状态和引脚电平，判断按键输入信息、功能按键开关状态。最后计算得到待称物品重量，在液晶显示屏上显示。

3 硬件系统设计

电子秤硬件系统：电源监测、重量检测、功能按键和LCD显示电路，如图1所示。

图1 电路原理图

3.1 电源监测电路

图1中BAT+为电池电源，电源监测包括电源电量监测、低电压报警。其中，电源电量的监测方面，经R8、R9两个采样电阻获取电池电压，输入给ADC0832的CH0端口，再将电压信号转换成数字信号传输给单片机，最后在LCD上显示出电池电量。当电池电量低于最低电压时，通过单片机P1.1口控制蜂鸣器，实现电池低于最低工作电压的低压声报警功能。

3.2 重量检测电路

如图1中重量检测电路，主要是将重量信息转换为单片机可以处理的数字信号。首先将待称物品放置在桥式电阻应变片传感器JP2之上，不同重量的待称物品会引起桥式电阻两端的电压发生变化。然后将HX711的E+和E-作为电桥的激励电压输入端，A+和A-作为电压输出端，即可检测桥式电阻两端的电压信号。但是此时检测到的电压信号比较微弱，最后通过HX711放大处理后传输给单片机，完成待称物品重量信息到数字信号的转换，即检测到待称物品的重量。当待称物重量超过10 kg时，通过P1.0口控制D1 LED灯闪烁，同时P1.1口控制蜂鸣器发出鸣叫，提醒用户待称物品重量超过量程。

3.3 功能按键电路

如图1中K1为去皮功能，K2为校正功能中校准减，K3为校准加，K5为背光功能。如果K1被按下，在P3.0的引脚上得到清除皮重的指令，从而进行去皮；如果K2被按下，P3.1引脚为低电平，单片机开始执行校正程序，并将偏大的数值减小，同时在LCD上显示当前校准值；如果K5键被按下，P3.3引脚为低电平，单片机开始执行背光程序，LCD表现为背光。

4 仿真

便携式电子秤整体电路仿真如图2所示，实现仿真的步骤如下：①在Keil中编写主程序和模块程序代码，导出HEX；②将HEX文件导入Proteus单片机中；③Proteus仿真调试电量显示、低压报警、称重显示、超重报警等功能，验证电子秤设计的有效性。

图2 仿真测试图

4.1 电源监测仿真

按下复位按键、松开，能复位，则复位电路正常；编写显示程序写入单片机，显示正常，则显示电路正常。最后测试电源监测数据读取与显示程序，如图2中的BAT，为3.90 V。

通过滑动变阻器RV1模拟采集电压，当电池使用一段时间后，电量慢慢降低至3.65 V以下，电池电源的电量低于了便携式电子秤工作的最低电压3.65 V时，低压报警模块电路中的BUZ1蜂鸣器鸣叫，仿真模拟低电压报警功能。

4.2 称重仿真

采用按键增减HX711的输入量模拟待称物品重量。当按“增加”键时，重量显示相应增加；按“减少”键时，则相应减少。当加至10 kg以上时，重量显示为--.---0 kg，此时超重报警灯闪烁，蜂鸣器叫，提醒重量超过量程。

4.3 功能选择仿真

当待称物需去皮时，假设图2的3.9 kg为皮重，按“去皮”按键，则去皮，并显示为00.000 kg。当电子秤发生零点漂移时，通过按下校正校准减按键，将零点重量为00.000 kg。

LCD背光功能无法在仿真软件中实现，故采用LED灯亮灭模拟背光。当背光控制按键按下时，蜂鸣器响，LED灯常亮。而没有选择背光功能，LED灯灭，以此来模拟仿真背光效果。

5 结语

本文基于STC89C52RC单片机提出了一个模块化设计方案，该设计由电源监测、称重、显示模块组成。主要将电量显示、低电量报警、称重显示、称重去皮等多种功能集成在一起。主要功能实现过程为：①通过采样电阻获取电压，转换后经单片机处理，在LCD上显示电量，实现电量实时监测。当电量低于最低的系统工作电压时，实现低电量报警。②采用桥式应变片测定待称物引起的电阻变化，转换后经主控芯片处理，在LCD上显示重量。当待称物超过10 kg，实现声光过载报警，同时还设置去皮、校准、背光功能。③采用AD绘制原理图，Keil编写相关程序，Proteus模拟仿真，验证了本设计的有效性和可行性。该便携式电子秤装置电路简单、性能稳定、抗干扰能力强、可靠性高、搭建方便、易于扩展。