電子秤解決方案完整

秤是一種在實(shí)際工作和生活中時(shí)常用到的測(cè)量器具。隨著計(jì)量技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)純機(jī)械結(jié)構(gòu)的桿秤、臺(tái)秤、磅秤等稱量裝置逐步被淘汰，電子稱量裝置電子秤、電子天平等以其準(zhǔn)確、快速、方便、顯示直觀等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。和傳統(tǒng)秤相比較，電子秤利用新型傳感器、高精度AD轉(zhuǎn)換器件、單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具有精度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。本課題設(shè)計(jì)的電子秤具有基本稱重、鍵盤輸入、計(jì)算價(jià)格、顯示、超重報(bào)警功能。該電子秤的測(cè)量范圍為0-10Kg,測(cè)量精度達(dá)到5g,有高精度，低成本，易攜帶的特點(diǎn)。電子秤采用液晶顯示漢字和測(cè)量記過(guò)，比傳統(tǒng)秤具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性。此外，該電子秤電路簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣，可以應(yīng)用于商場(chǎng)、超市、家庭等場(chǎng)所，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵贰?、采用高精度電阻應(yīng)變式壓力傳感器，測(cè)量量程0-10kg,測(cè)量精度可達(dá)2、采用電子秤專用摹擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器芯片hx711對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。4、采用128*64漢字液晶屏顯示稱重分量、單價(jià)、總價(jià)等信息。5、采用4*4矩陣鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互，鍵盤容量大，操作便捷。6、具有超量程報(bào)警功能，可以通過(guò)蜂鳴器和LED燈報(bào)警。7、系統(tǒng)通過(guò)USB電源供電，單片機(jī)程序也可通過(guò)USB線串行下載。1、硬件方案單片機(jī)電子秤硬件方案如圖1所示：稱重傳感器感應(yīng)被測(cè)重力，輸出微弱的毫伏級(jí)電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電子秤專用摹擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器芯片hx711對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換。HX711采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)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。HX711芯片通過(guò)2線串行方式與單片機(jī)通信。單片機(jī)讀取被測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)換，矩陣鍵盤主要用于計(jì)算金額。當(dāng)被測(cè)物體分量得到后，用戶可以通過(guò)矩陣鍵盤輸入單價(jià)，電子秤自動(dòng)計(jì)算總金額并在液晶屏顯示。電源系統(tǒng)給單片2、稱重傳感器傳感器是測(cè)量機(jī)構(gòu)最重要的部件。稱重傳感器本身具有單調(diào)性，其主要參數(shù)指標(biāo)是靈敏度、總誤差和溫度漂移。(1)靈敏度稱重傳感器的電靈敏度為滿負(fù)荷輸出電壓與激勵(lì)電壓的比值，典型值是(2)總誤差(3)漂移輸出電壓，其工作原理如圖3所示。3、電子秤專用24位AD轉(zhuǎn)換芯片HX711及其電路HX711采用了海芯科技集成電路專利技術(shù)，是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成為了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。降低了電子秤的整機(jī)成本，提高動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開(kāi)關(guān)可任意選取通道A或者通道B,與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益為128或者64,對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為±20mV或者±40mV。通道B則為固定的32增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源可以直接向外部傳感器和芯片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器提供電源，系統(tǒng)板上無(wú)需此外的摹擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器不需要任何外接器件。上電自動(dòng)復(fù)位功能簡(jiǎn)化了開(kāi)機(jī)的初始化過(guò)程。HX711內(nèi)部方框圖如圖4所示。其外部管腳如圖5所示。圖4HX711內(nèi)部方框圖圖5HX711外部管腳圖圖5為HX711芯片應(yīng)用于計(jì)價(jià)秤的一個(gè)參考電路圖。該方案使用內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器(XI=0),10Hz的輸出數(shù)據(jù)速率(RATE=0)。電源(2.7~5.5V)直接取用與MCU芯片相同的供電電源。通道A與傳感器相連，通道B通過(guò)片外分壓123412349太陽(yáng)：河南理工大學(xué)設(shè)計(jì)電阻與電池相連，用于檢測(cè)電池電壓。支磁珠L(zhǎng)1北北x_NPsHX7110.lu支圖6HX711計(jì)價(jià)秤應(yīng)用參考電路圖本課題設(shè)計(jì)的HX711電路如圖7所示：SBC610uF+時(shí)面B-B12345678VSUPBASEAVDDVFB_RllC9R121k高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼徹底兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。(2)STC89C52單片機(jī)特點(diǎn)●增強(qiáng)型8051CPU,1T,單時(shí)鐘/機(jī)器●工作頻率范圍：0~40MHz,相當(dāng)于普通8051的0~80MHz;●用戶應(yīng)用程序空間4K//8K/16k/32K/64K字節(jié)；●通用I/0口(32/36個(gè)),復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉(普通8051傳統(tǒng)●ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程),無(wú)需專用編程器/仿真器?！衩恳粋€(gè)I/0口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA,但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)120mA;●可通過(guò)串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；●內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路(外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直1K電阻到地);●時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器；●用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/●共4個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器TO和T1,沒(méi)有定時(shí)器2,但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加之2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器；持●通用全雙工異步串行口(UART);●工作溫度范圍：-40～+85℃(工業(yè)級(jí))/0～75℃(商業(yè)級(jí));如圖8所示。10KGNDo導(dǎo)導(dǎo)_12345678 _ _98圖中DOUT和PDSCK為單片機(jī)與HX711的AD轉(zhuǎn)換電路交換數(shù)據(jù)的通信線。beep顯示電路8 +二 +液晶屏電路如圖10所示LCDCSLCDRESLCDRSLCDSDASIZK為字庫(kù)和單片機(jī)接口的控制線。_該液晶為晶訊聯(lián)公司的128*64漢字屏JLX12864G-086-PC顯示信息。該顯示模塊既可以當(dāng)成普通的圖象型液晶顯示模塊使用(即顯示普通圖象型的單色圖片功能),又含有JLX-GB2312字庫(kù)IC,可以從字庫(kù)IC中讀出內(nèi)置的字庫(kù)的點(diǎn)表一液晶模塊接口引腳功能引線號(hào)1ROM-IN字庫(kù)IC接口申行數(shù)據(jù)輸出2字庫(kù)IC接口串行數(shù)據(jù)輸入3字庫(kù)IC接口申行時(shí)鐘輸入4字庫(kù)IC接口5背光電源正極，同VDD電壓(5V或3.3Y)67電路電源5V,或3.3V可選8申行時(shí)鐘9串行數(shù)據(jù)寄存器選擇信號(hào)H:數(shù)據(jù)寄存器0:指令寄存器(IC資料上所寫為”A0”)低電平復(fù)位，復(fù)位完成后，回到高電平，液晶模塊開(kāi)始工作矩陣鍵盤電路如圖11所示：圖11矩陣鍵盤電路圖中4*4矩陣鍵盤可以顯示0-9數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)和五個(gè)功能鍵。鍵盤行掃描信號(hào)為ROW1—ROW4,列掃描信號(hào)為COL1—COL4。行信號(hào)為輸入信號(hào)，低電平有效；列信號(hào)為輸出信號(hào)。當(dāng)沒(méi)有鍵按下時(shí)，即使行掃描輸入低電平信號(hào)，列低電平信號(hào)可以定位至按下鍵的位置。7、聲光報(bào)警電路響，報(bào)警燈亮。芯片的轉(zhuǎn)換電路對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序編寫。其電路原理如圖所示。圖16供電及程序下載電路Protel是目前國(guó)內(nèi)最流行的通用EDA軟件，它是將電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB板圖設(shè)計(jì)、電路仿真和PLD設(shè)計(jì)等多個(gè)實(shí)用工具軟件組合后構(gòu)成的EDA工作平臺(tái)，是第一個(gè)將EDA軟件設(shè)計(jì)成基于Windows的普及型產(chǎn)品。它集成為了軟件界面、仿真功能和PLD設(shè)計(jì)和信號(hào)完整性分析，在此基礎(chǔ)上Protel99SE又增加了一些新的功能，用戶使用更加方便靈便。Protel的功能十分強(qiáng)大，在電子電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域占有極其重要的地位。它以其強(qiáng)大功能和實(shí)用性，逐漸獲得泛博硬件設(shè)計(jì)人員的青睞，是目前眾多EDA設(shè)計(jì)軟件中用戶最多的產(chǎn)品之一。Protel軟件主要由電路原理圖設(shè)計(jì)模塊、印制電路板設(shè)計(jì)模塊(PCB設(shè)計(jì)模塊)、電路信號(hào)仿真模塊和PLD邏輯器件設(shè)計(jì)模塊等組成，各模塊具有強(qiáng)大的功能，可以很好的實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)與分析。電路原理圖是表示電氣產(chǎn)品或者電路工作原理的重要技術(shù)文件，電路原理圖主要由代表各種電子器件的圖形符號(hào)、路線和結(jié)點(diǎn)組成。圖4.1所示模塊具有如下功能：豐富而靈便的編輯功能、在線庫(kù)編輯及完善的庫(kù)管理功能、強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能、支持層次化設(shè)計(jì)功能等。(2)印制電路板設(shè)計(jì)模塊(PCB設(shè)計(jì)模塊)印制電路板(PCB)制板圖是由電路原理圖到制作電路板的橋梁。設(shè)計(jì)了電路原理圖后，需要根據(jù)原理圖生設(shè)計(jì)成印制電路板的制板圖，然后在根據(jù)制板圖制作具體的電路板。印制電路板設(shè)計(jì)模塊具有如下主要功能和特點(diǎn)：可完成復(fù)雜印制電路板(PCB)的設(shè)計(jì)；方便而又靈便的編輯功能；強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能；在線式庫(kù)編輯及完善的庫(kù)管理；完備的輸出(3)電路信號(hào)仿真模塊電路信號(hào)仿真模塊是一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)字/摹擬混合信號(hào)電路仿真器，EDA/Client集成環(huán)境下，與ProtelAdvancedSchematic原理圖輸入程序協(xié)同工作，作為AdvancedSchematic的擴(kuò)展，為用戶提供了一個(gè)完整的從設(shè)在Protel中進(jìn)行仿真，只需從仿真用元器件庫(kù)中放置所需的元器件，連接好原理圖，加之激勵(lì)源，然后單擊防真按鈕即可自動(dòng)開(kāi)始。2.PCB板設(shè)計(jì)(1)定元件的封裝①打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)表(可以利用一些編輯器輔助編輯),將所有封裝瀏覽一遍，確保所有元件的封裝都正確無(wú)誤并且元件庫(kù)中包含所有元件的封裝，②標(biāo)準(zhǔn)元件全部采用公司統(tǒng)一元件庫(kù)中的封裝。③④⑥⑤元件庫(kù)中不存在的封裝，應(yīng)自己建立元器件庫(kù)。(2)建立PCB板框①根據(jù)PCB結(jié)構(gòu)圖，或者相應(yīng)的模板建立PCB文件，包括安裝孔、禁②尺寸標(biāo)注。在鉆孔層中應(yīng)標(biāo)明PCB的精確結(jié)構(gòu)，且不可以形成封①載入網(wǎng)表并排除所有載入問(wèn)題，具體請(qǐng)看《PROTEL技術(shù)大全》其他軟件載入問(wèn)題有不少相似之處，可以借鑒。②如果使用PROTEL,網(wǎng)表須載入兩次以上(沒(méi)有任何提示信息)才可以確認(rèn)載入無(wú)誤。①首先要確定參考點(diǎn)。普通參考點(diǎn)都設(shè)置在左邊和底邊的邊框線的交點(diǎn)(或者延長(zhǎng)線的交點(diǎn))上或者印制板的插件的第一個(gè)焊盤。②一但參考點(diǎn)確定以后，元件布局、布線均以此參考點(diǎn)為準(zhǔn)。布局③根據(jù)要求先將所有有定位要求的元件固定并鎖定。④布局的基本原則A.遵循先難后易、先大后小的原則。B.布局可以參考硬件工程師提供的原理圖和大致的布局，根據(jù)信號(hào)流向規(guī)律放置主要原器件。C.總的連線盡可能的短，關(guān)鍵信號(hào)線最短。D.強(qiáng)信號(hào)、弱信號(hào)、高電壓信號(hào)和弱電壓信號(hào)要徹底分開(kāi)。E.高頻元件間隔要充分。F.摹擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)分開(kāi)。⑤相同結(jié)構(gòu)電路部份應(yīng)盡可能采取對(duì)稱布局。⑥按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)優(yōu)化布局。①地線回路規(guī)則：環(huán)路最小規(guī)則，即信號(hào)線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積要盡可能小，環(huán)面積越小，對(duì)外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。針對(duì)這一規(guī)則，在地平面分割時(shí)，要考慮到地平面與重要信號(hào)走線的分布，防止由于地平面開(kāi)槽等帶來(lái)的問(wèn)題；在雙層板設(shè)計(jì)中，在為電源留下足夠?qū)㈦p面信號(hào)有效連接起來(lái)，對(duì)一些關(guān)鍵信號(hào)盡量采用地線隔離，對(duì)一些頻②竄擾控制竄擾(CrossTalk)是指PCB上不同網(wǎng)絡(luò)之間因較長(zhǎng)的平行布線引起的相互干擾，主要是由于平行線間的分布電容和分布電感的作用?？朔Z擾A.加大平行布線的間距，遵循3W規(guī)則。B.在平行線間插入接地的隔離線。C.減少布線層與地平面的距離③屏蔽保護(hù)對(duì)應(yīng)地線回路規(guī)則，實(shí)際上也是為了盡量減小信號(hào)的回路面積，多用于一些比較重要的信號(hào)，如時(shí)鐘信號(hào)，同步信號(hào)；對(duì)一些特殊重要，頻率特殊高的信號(hào)，應(yīng)該考慮采用銅軸電纜屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即將所布的線上下擺布用地線隔離，而且還要考慮好如何有效的讓屏蔽地與實(shí)際地平面有效結(jié)合。④走線方向控制規(guī)則相鄰層的走線方向成正交結(jié)構(gòu)，避免將不同的信號(hào)線在相鄰層走成同一方向，以減少不必要的層間竄擾；當(dāng)由于板結(jié)構(gòu)限制(如某些背板)難以避免浮現(xiàn)該情況，特殊是信號(hào)速率較高時(shí)，應(yīng)考慮用地平面隔離各布線層，用地信號(hào)線隔離各信號(hào)線。⑤電源與地線層的完整性規(guī)則對(duì)于導(dǎo)通孔密集的區(qū)域，要注意避免孔在電源和地層的挖空區(qū)域相互連接，形成對(duì)平面層的分割，從而破壞平面層的完整性，并進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)線在地層的回路面積增大。1、軟件流程圖本設(shè)計(jì)主程序使用了定時(shí)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)每0.5秒稱重一次的功能，流程圖如圖19所示。鍵盤掃描程序如圖20所示。圖19時(shí)鐘中斷程序流程圖主程序軟件流程如圖21所示。圖20鍵盤掃描程序流程圖(1)頭文件和一些宏定義(2)管腳、常量、變量定義1稱重用變量}曰}{}{}{";}}{}{}}}//定時(shí)器0中斷{money=weight'price/1000;//money單位為分人提供例程在uVision4環(huán)境下編譯，如果是其他版本uVision,只需將所有.c和.h文件拷貝至新建項(xiàng)目，重新編譯即可。當(dāng)編譯生成.hex文件后，就可以下載并進(jìn)行調(diào)試了。1、USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)安裝始]-[控制面板]-[打印機(jī)和其他硬件]-[設(shè)備管理器],在“端口”分支下有(ProlificUSB-to-SerialCommPort(COMX)。X表示串口號(hào)，如果沒(méi)有說(shuō)明USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)沒(méi)有安裝，須重新安裝。記住括號(hào)里的COM口號(hào)。別設(shè)備管理器DVD/CD-ROM驅(qū)動(dòng)器IDATA/ATAPI控制器團(tuán)事SecureDigitalhostcontrollers中速電池端如(COm和LPT)圖22成功安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)示意圖打開(kāi)STC單片機(jī)下載軟件STCISPVexe__圖23下載軟件正確選擇MCU類型為STC89C52,COM口(與剛才安裝的COM號(hào)一致),最高波特率和最低波特率選擇高速，如果不成功則嘗試降低撥特率,并打開(kāi)正點(diǎn)擊“Download/下載”按紐，窗口浮現(xiàn)Chinese:連接失敗，請(qǐng)嘗試以下操作：7.若仍然不成功，可能MCU/單片機(jī)內(nèi)無(wú)ISP系統(tǒng)引導(dǎo)碼，或者需退回升級(jí)，或者M(jìn)CU已損壞 按下電路板上的電源按紐，保證其有個(gè)失電至上電的過(guò)程，則窗口顯示開(kāi)始燒錄芯片。下載完成后程序自動(dòng)運(yùn)行，或者重上電后程序正常運(yùn)行，如圖23所示。圖23上電運(yùn)行