針對傳統電子秤功能單一、精度不高等問題，結合傳感器、單片機和智能控制技術，設計了基于 AT89C52單片機和HX711模/數轉換芯片的多功能電子秤。進行電子秤硬件、軟件的設計，制作了樣機，并 使用標準砝碼對樣機進行了測試。

0.引言

隨著經濟的快速發展和人們生活水平的提高，需 要用到稱重儀器的場合越來越多，同時也對稱重儀器 的要求也越來越高，只完成物重稱量、精度不高的傳 統電子秤已遠不能滿足使用要求。因此，具有使用 方便、稱重快速、計量準確、功能多樣、精度高、讀數方 便和價格便宜的電子秤，已成為稱重儀器的發展方 向。以單片機為核心的控制技術在電子秤系統中的 應用，不僅可以實現對物品的精確稱重，還能根據用 戶需求進行單價設定及總價計量、累計、去皮、清零、 自動待機和超重報警等功能，從而方便用戶，提高稱 重效率，達到智能稱重目的。

1.電子秤總體設計

電子秤總體設計結構如圖1所示。電子秤系統以 單片機為核心，由稱重數據采集、鍵盤輸人、電源、液晶 顯示和聲光指示幾個模塊組成。數據采集模塊由 稱重傳感器、信號放大電路和A/D轉換電路組成，主 要完成物品重量信息采集、處理并最終轉換為單片機 能識別的數字信號，稱重傳感器將物品重力對傳感器 產生的微小形變量轉換為微弱的電信號，再經過放大 電路進行放大，達到A/D轉換電路能檢測的范圍,最 后經A/D轉換后送人單片機，由單片機對稱重數據進 行處理，得到物品重量數字信號。為方便用戶，電子秤 具有計算和存儲功能,通過鍵盤設定物品單價，單片機 由物品重量數據和物品單價計算出物品總價,液晶顯 示模塊完成物品重量、單價、總價等信息顯示。鍵盤模 塊主要用于參數輸入及功能選擇，如單價設定、去皮、 累計和清零等功能的操作。聲光指示用于指示用戶系 統待機、物品超重等指示。電源模塊為傳感器電路、A/ D轉換電路、液晶顯示電路和單片機等各模塊供電。

2.系統硬件設計

2.1傳感器的選擇及電路設計

選擇合適的傳感器，對電子秤的精度、穩定性、 成本有重要意義。目前，電子秤用傳感器主要有壓 電式、電容式和應變片式傳感器。應變片式傳感器 具有精度高、性能穩定、價格便宜等優點，而得到廣 泛使用。本設計中，選擇具有溫度自補償功能的電 子衡器用電阻應變片為傳感器進行設計。電阻應 變片在檢測物品重量時，粘接在稱重裝置受力形變 較大的敏感部位（一般為金屬），并在金屬敏感部位 受力變形時電阻應變片同時發生形變，電阻應變片 發生電阻應變效應，使電阻應變片阻值發生變化， 其阻值大小的變化反映了重物質量的大小。但 考慮到在電子秤設計中，金屬敏感部位受力形變太 大振動也愈劇烈，其穩定所需時間也較長，電子秤 稱量時間也會加長，所以實際應用中金屬敏感部位 受力形變量較小，電阻應變片的形變量也很小，其 阻值變化也非常小，阻值變化不方便精確測量，故 采用電路將對應變電阻的測量轉換為電壓的測量， 傳感器電路如圖2所示。綜合考慮電子秤設計，系 統選擇的稱重傳感器靈敏度為2 mV/V、最大量程 為 5 kg。

該電路中，4個可變電阻為同參數電阻應變片， VCC為電源正極，GND為電源負極，U+和U_為 電壓輸出端，將對電阻的檢測轉換為對電壓的檢 測。并且電路是對稱的，當無外力時，4個電阻應變 片阻值相等，輸出電壓U為零;應變片受力形變時， 2個應變片被拉伸阻值增大，另外2個應變片被壓 縮阻值減小，電路處于非平衡態，電路輸出電壓信態相同（如R1和R3，R2和R4收縮），故該 電路沒有線性誤差，電路檢測精度和靈敏度都較 高，精度為單個應變片工作時的4倍，并有抗溫度漂 移作用。另外，考慮到電子秤使用時間較長，為防 止外界環境溫度、濕度變化對應變片的影響，需要 對粘接好的應變片用膠進行密封，與外界隔離，提 高其測量穩定性。

2.2信號放大及A/D轉換模塊設計

物品重量信息經稱重傳感器電路轉換為電壓 信號后，由于應變片本身形變量較小故輸出電壓信 號變化也很小，不方便直接使用，輸出的電壓信號 需要放大后才能使用，而且該電壓信號放大后仍然 是模擬量信號，單片機無法識別，還需要將模擬量 信號轉換為數字信號后才能供給單片機使用，而在 此過程中，放大電路的精度、穩定性及A/D轉換的 精度，將直接影響電子秤的稱重準確性、精度、反應 時間等主要參數。另外，單獨設計放大電路及A/D

也無法保障，故這里選擇高精度電子秤專用A/D轉 換芯片HX711來實現。

HX711芯片是專門用于電子稱重系統的A/D 轉換芯片，其響應快、抗干擾力強和價格便宜，并具 有高達24位的轉換精度、最高128倍的放大倍數、 士40 mV的輸入電壓、上電自動復位和自帶穩壓電 源等功能，能夠滿足本系統的設計需要，使用也很 方便。可直接將HX711芯片模擬量輸入通道A與 電阻應變片傳感器電路連接，對傳感器電路輸出信 號進行放大。其接線電路如圖3所示.

HX711芯片采用5 V直流電源供電，同時5 V 電源正極端連接HX711的AVDO端子作為芯片模 擬電源，并給傳感器電路供電，傳感器電路輸出模 擬電壓信號給HX711的A通道接口接收稱重信號模擬量。B通道輸人端接熱敏電阻用于補償因溫度變化對應變電阻阻值產生的影響，提高數據采集的可靠性。PD-SCK和Dout端子各連接單片機1位I/O接口，單片機通過發出不同電平信號控制PD -SCK端電平狀態，控制A/D轉換，通過Dout端將稱重數字信號發送給單片機，單片機接收到稱重信號進行處理，將其轉換為重量信息，并以此數據為基礎設計完成電子秤其他功能.

2.3鍵盤電路模塊

為了方便用戶在使用電子秤時進行參數設定及功能選擇，需要進行鍵盤電路模塊設計。這里采用標準4X4薄膜矩陣鍵盤。數字鍵0?9用來設定單價參數，*為小數點，A為“清零”功能按鍵，B為“累計”功能按鍵，C為“去皮”功能按鍵，D為“單位”切換功能按鍵，#為“存儲”功能按鍵。用戶通過鍵盤按鍵進行相應功能的操作。

2.4液晶顯示模塊

電子秤借助顯示屏告知用戶稱重結果，為了更加直觀、方便、清晰地顯示稱重信息，選用具有亮度高、漢字顯示功能的12864液晶顯示屏，可更加詳細、清晰地在一塊顯示屏上分行顯示物品重量、單

價、金額等信息，并可根據用戶需要，通過“單位”切換按鍵在“公斤”“斤”“千克”“克”之間切換。12864液晶顯示屏與單片機的連接如圖4所示。其中，單片機P0 口接顯示屏8位數據線，P2 口作為控制信號輸出端接顯示屏控制信號RS，R/W，E，RST。 vcc

2.5聲光指示模塊

為了使用方便和提醒用戶，設計了聲光指示模 塊，在待稱物品重量超過電子秤最大量程時，蜂鳴 器連續響、紅色發光二極管閃爍，提醒用戶超重。 在長時間沒有物品需要稱重時，系統會進入待機省 電模式,此時蜂鳴器響2 s，提醒用戶進入待機模式。 聲光指示電路與單片機連接電路如圖5所示。

3.系統軟件設計

軟件是控制系統的靈魂，電子秤也是如此，只 有在軟件和硬件的相互協調、配合下系統才能正常 工作，實現電子秤功能。電子秤系統主程序流程如 圖6所示。

系統上電后，對各個模塊參數進行初始化設 置，包括液晶顯示模塊、HX711模/數轉換模塊及數 據采集模塊的初始化，并自動完成稱重系統的自動 校準清零。當有待稱重物品放置在稱重平臺時，則 稱重傳感器電路有模擬量輸出，并送人HX711芯 片進行放大、A/D轉換，轉換結束后將稱重信息數 字信號送單片機存儲，并等待用戶操作鍵盤輸人相 應的控制指令和參數，系統執行相應的控制功能子 程序后將計算結果送12864液晶顯示器顯示，當檢 測到物重超過電子枰最大量程時，聲光指示電路工 作，二極管閃爍、蜂鳴器響，提醒用戶超重。在稱重 過程中，如果超過1 min檢測到沒有待稱重物品，系 統自動進人待機省電模式，顯示屏關閉，當有重物 放置時退出待機省電模式，進人工作狀態。

4.實驗結果及分析

根據設計的硬件和軟件制作的電子秤實物如 圖7所示。并對樣機進行了測試，通過標準砝碼與 樣機測試結果進行對比，測試數據如表1所示.

從實驗數據可以看出，設計制作的電子秤能夠 完成對物品稱重的功能，并且最大誤差僅為0. 1 g, 滿足普通場合對稱重儀器精度要求。

5.結束語

以AT89C52單片機為核心，應用稱重傳感器 及電子秤專用A/D轉換芯片HX711設計制作的電 子秤，具有單價設定、累計、清零、數據存儲、自動待 機和超重報警等多種功能，其稱量范圍為5 kg,測 量誤差為0.1 g。經試驗，該電子秤具有使用方便、 計量準確、體積小、響應快、稱重效率髙、工作穩定、 功能多樣和性價比高特點，具有較高的應用價值.