基于单片机的智能电子秤控制系统的设计.pdf

自动化应用工业过程控制系统基于单片机的智能电子秤控制系统的设计王贵松，张志萍（扬州大学广陵学院机械电子工程系，江苏扬州2 2 50 0 0）摘要：基于AT89C51单片机设计智能电子秤的控制系统，利用应变式称重传感器检测物体质量，经过A/D转换电路，将模拟量转化成数字信号输出；编写C51程序实现称重计价、测试温度、电子显示、超载报警等基本控制功能，制作实物并进行程序调试。本文设计的智能电子秤具有体积小、测量准确、携带方便等特点，能够满足商业贸易、家庭称重的需求。关键词：单片机，智能电子秤，A/D转换器，过载报警中图分类号：TP391(Department of Mechanical and Electronic Engineering,Guangling College of Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu 225000,China)Abstract:Based on AT89C51 MCU-based intelligent electronic scale,a strain type weighing sensor is used as a measuringelement to detect the weight of objects.Through an A/D conversion circuit,the analog quantity of the object weight isconverted into a digital signal output.Basic control functions of weighing and pricing,testing temperature,electronic display,and overload alarm are realized by writing C51 programs,and physical objects are produced for program debugging.Thedesigned intelligent electronic scale is small in size,accurate in measurement,and convenient to carry,which can further tomeet the needs of commercial trade,household weighing,and other requirements.Key words:MCU,intelligent electronic scale,A/D converters,overload alarm文献标识码：ADesign of MCU-Based Intelligent Electronic Scale Control SystemWANG Guisong,ZHANG Zhiping0引言20世纪末，我国衡器制造业逐渐由全机械式向机电组合式转变，经过几十年的发展和完善，已进人全电子型、智能数字型发展阶段。电子秤的制造技术和应用有了新的发展，电子称重技术从静态称重发展为动态称重，测量方法从模拟测量发展为数字测量，特性测量方法从单参数测量发展为多参数测量，尤其是快速称重和动态称重的研究与应用备受关注。但我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比仍存在较大差距，主要表现为工艺技术不够先进，工艺装备和检测仪器老化，开发能力不足，产品品种少、规格功能不全、稳定性和可靠性差等2。目前，工业控制系统大多采用单片机技术，尤其在电子产品中得到广泛应用。单片机不仅具有体积小、质量轻、价格便宜、性价比高，易于后续设备的增加扩展等优点，还可以实现实时控制和数据处理，因此被广泛应用于数据采集系统3。本文采用51单片机作为控制核心，完成控制系统设计，实现智能电子秤的基本控制功能。1总体控制系统设计本文设计的智能电子秤采用AT89C51单片机作为控制器核心，通过称重传感器测量压力信号，经过HX711A/D转换电路，将模拟量转化为数字量输出，最后将检测的质量以数据的形式显示,系统结构如图1所示。智能电子秤主要包括测量、控制器、键盘、数据显示、报警以及电路电源6 大部分4。键盘主要用于校准质量，保证整个系统稳定。报警部分则负责检测称重的物品的质量是否超重，并给出报警信号。电路电源用于控制电子秤的开关。时钟电路A/D转换控制核心AT89C51称重传感器图1智能秤控制系统结构框图复位电路键盘液晶显示基金项目：江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目（2 0 2 2 139 8 7 0 0 5Y)；教育部高教学生司供需对接就业育人项目（2 0 2 30 1112 30)作者简介：王贵松，男，19 9 9 年生，主要研究方向为机电一体化。通讯作者：张志萍，女，19 8 2 年生，研究方向为机械设计制造及其自动化。92I|自动化应用工业过程控制系统自动化应用感器，检测了相关的质量。为了使传感器能够满足本次电2控制系统的硬件设计子秤的控制要求，选择S型梁结构,这种SP20C-G501电电子秤控制模块主要包括总电源、最小系统、时钟电阻应变式传感器不仅灵敏度较高，具有非常好的双向选择路、传感器电路、按键电路、显示电路和报警电路模块等。性，而且使用寿命较长，工作比较稳定。(1)总电源模块：系统可以连接2 2 0 V电压，所需工作电2.4显示电路模块压为+5V,还可以连接USB接口，所需工作电压为12 V。本次电子秤设计选择LCD液晶显示屏，其整体显示为了满足系统对不同电压的需求，采用适配器将2 2 0 V交功能较为强大，可以显示大量的文字信息，另外，还选用了流电压降压、整流、滤波后转换成较小的直流电压。（2)按LCD1602液晶显示器作为其驱动控制器，该显示器属于字键电路模块：对于独立键盘，每个I/O口只能连接一个按符型液晶显示模块，能够在屏幕中清晰地显示相应的字键,且按键的另一端需要连接电源，或使用它来接地，独立母、数字和符号，满足温度显示的要求。在单片机系统、嵌键盘才能正常工作。（3)显示模块：通过LCD液晶显示屏人式系统中经常使用液晶显示模块的小型液晶显示模块，显示质量、单价和总额等信息。（4)报警模块：为了防止仪显示从0 0 0 0 9 9 9 9 数字。器损坏，若称重的物品超过设定值，电子秤会发出报警信显示器的数据清晰度与对比度有关，对比度过大会产号。生鬼影,对比度过低会导致显示不清晰。LCD1602液晶显2.1单片机主控电路示器通过VEE调节控制显示器的对比度。当VEE连接在AT89C51是一款低压、高性能CMOS8位数字信号处电源的接地端时，对比度最大；当连接电源的正极时，对比理器，带有4K二进制数据FLASH存储芯片。AT89C51接度最小。R/W是读写的选择终端。当写操作正在运行时，口电路功能非常强大，具体如下。它是低级别的。显然，当读取操作正在运行时,RS是数据(1)VCC接口电路：接+5V电源插头，为单片机控制和指令寄存器的选择终端。在低电平时可以选择指令寄存运行提供电源。(2)GND引脚：主要用于接地。(3)PO器，在高电平时可以选择数据寄存器。E端子是信号使能(P0.0P0.7)引脚：这8 条引脚能够连接相关的外部设备，端子，当E端脉冲有下降沿时,LCD模块开始工作。具体实现相关数据的输入输出。在8 条引脚中,P0.7属于最高的电路引脚图如图2 所示。位,P0.0属于最低位。（4)P1口、P2口：因为该接口内部含LCD1有相应的上拉电阻，运行时只需连接外接设备就能实现相LM016L关的功能,同时该接口也具有8 位双向I/O口。（5)P3口：该接口相对比较特别，虽然该引脚具有8 位内部上拉电阻,但是I/O接口是双向的,工作时如果需要其内部上拉为高电平，需要在其引脚P3口输人1。P3口的具体特殊功能如表1所示。（6)RST：复位输人。（7)XTAL1和XTAL2：主要用于振荡电路输入，可以外接石英晶体和微调电容。XTAL1主要使用该引脚实现振荡放大器的输入，XTAL2引脚实现振荡器的输出。表1P3口特殊功能表引脚号第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO（定时器0 外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）2.2按键电路模块智能电子秤选用矩阵键盘设计，其占用I/O口较少，在使用时能够节约空间。为了满足本设计信号灯的相关功能,选择16 个按键,均采用独立式键盘。2.3压力传感器电路模块本文设计的电子秤选择SP20C-G501电阻应变式传4RP12一3457图2 显示电路引脚接线图2.5报警电路模块为了防止仪器损坏，本文设计的电子秤最大量程为7.5kg。若称重物品的质量超过设定值，系统将通过P16口启动蜂鸣器与指示灯进行报警处理，同时设备发出指令，停止工作。报警电路示意图如图3所示。BIF1P16R21K图3报警接线电路图VCC2PNPGND2023|16期/9 3自动化应用工业过程控制系统LCD1602显示器亮，红色指示灯亮3控制系统软件设计开始3.1设计总体流程显示初始化界面本文设计的主程序图如图4所示。首先，处于初始化，参考文献有无按键？开启后先设置堆栈指针，然后设置中断服务程序入口，设是置完成后清零电子秤的寄存器。进人调用显示子程序，设显示按键功能置显示子程序然后去除重物，并返回。检测重物？是文开始显示总价信息调用键盘子程序设置堆栈指针调用显示子程序设置各中断文服务程序入口启动数模转换否支相关寄存器清零INT1有效？设置显示缓冲区调用计算子程序设置显示初值调用数据处理子程序设置中断优先级执行数模转换及触发形式调用显示子程序调用执行代码转换程序立调用显示子程序文否INTO有效？是图4系统主程序流程图3.2按键流程图本次设计的电子秤需要的按键较少，选择16 个按键式键盘，采用独立式按键，并根据按键编码显示不同信息，具体的键盘控制流程图如图5所示。按键输入LCD输入立界面字符显示支是文输入完毕？是调用LCD显示否是是有清零键按下否图5按键读取流程图3.3显示流程图显示子程序主要用于操作整体显示界面。开始进人初始界面,判断电子秤是否具有显示功能的选择按键，选择按键后进入显示测量界面。不同的按键具有不同的功能，对显示子程序整体流程图如图6 所示。4基于单片机的电子秤控制系统调试采购相关元器件，清洁相应的部件，焊接相应部件，制作实物如图7 所示。按下启动按钮，智能秤开始运行，返回图6 显示模块读取流程图将10 0 g的码放在电子秤上时，显示器显示具体的质量，测量结果并不准确。需要按下最右下脚的“+”键，启动去皮功能，电子称开始校准。然后,增加一个2 0 g的小码，设置好单价9 9 元/千克，LCD1602液晶显示器显示运算得到的价格，具体结果如图8 所示，说明计算准确。设置显示子程序WE:0.096 PR:00.0MONEY:0.00否支重物移去？文是返回MONEY:11.700000图7 智能电子秤测量质量图8 智能电子秤计算价格功能调试结果图功能调试结果图5结语本文从系统的整体结构人手，阐述了基于AT89C51单片机的智能电子秤系统设计。当测量物体的质量时，使用称重传感器以及A/D转换器可以将采集的模拟信号转化为数字信号。设计的智能电子秤能够借助键盘设置综合单价，称重后显示实际质量、综合单价、费用金额；具备非常强大的去皮功能和消费金额累计功能,能够预存多种商品的综合销售单价和选择，以及直接测量和显示环境温度的功能等。1唐丽华.浅谈电子衡器的维修与保养J.计量与测试技术，2014,41(7):41-42.2程望斌,廖朝晖，何巧巧,等.多功能智能电子秤的设计与实现J.湖南理工学院学报（自然科学版）,2 0 17,30(4)：2 8-31.3刘昌盛.基于单片机的智能电子秤设计J.山东工业技术，2015(13):64-64.4冯秀彦,基于单片机的智能电子秤的设计与实现J.计算机光盘软件与应用,2 0 12(9)：136-136.（责任编辑：李顺）94I自动化应用