基于單片機的智能電子秤設計DESIGNOFINTELLIGENTELECTRONICSCALEBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTER徐州工程學院畢業設計說明書、II、III、Ⅳ，表1-1顯示的是不同準確度的電子秤和分度數n的范圍：表1-1.不同等級電子秤的分度數范圍標志及等級電子秤分類分度數范圍特種準確度基準衡器n>100000高準確度精密衡器10000<n≤100000中準確度商業衡器1000<n≤10000普通準確度粗衡器100<n≤10001.4系統設計的方向本課題旨在設計一款智能電子秤，在功能方面對傳統電子秤進行增強。傳統電子秤，體積大，攜帶不方便，功能單一，日益無法滿足人們日益增長的高的需求。1.本電子秤具備鍵盤操作功能，將被稱放到秤上以后，可以進行單價輸入，去皮，置零等功能。數據計算，本電子秤能夠將數據進行計算，只需要輸入單價，在將被稱物體放上去，便能夠直接輸出物品的總價。操作方便，省去操作計算器的時間。2、無線傳輸，能夠將數據上傳到云端，并將數據存儲在云端這個數據庫里，需要的時候再提取。3、云端交互，能夠通過手機或者PC端實現與云端的數據交換，將數據從云端提取到用戶端，在經過一系列的處理，最終達到指導進貨的目的。本電子秤的主要參數是：量程10kg，精度0.1g。本電子秤的主要目標是實現以下功能；具有無線數據傳輸功能，能進行數碼顯示，具備計算功能，按鍵操作，超重報警。本課題研究的內容包括：1.系統總體設計的方案2.系統硬件的選型3.系統電路的設計4.系統軟件設計5.系統誤差計算1.5本章小結本章節主要首先對電子秤的發展歷史以及未來發展趨勢進行了探討，衡器歷史悠久，作用大，在工業領域與商業領域有著不可或缺的作用。接著對電子秤的結構組成進行分析，電子秤一般由承力傳力復位系統、稱重傳感器、顯示和輸出裝置三部分組成。電子秤的原理是利用傳感器接受力信號轉換為電流，在經過A/D轉換器將信號傳遞給單片機，單片機對信號進行處理，完成顯示，輸出等一系列的功能。最后本章明確了系統設計的方案。本電子秤的特點在于對傳統電子秤進行加強：1、數據計算，本電子秤能夠將數據進行計算，只需要輸入單價，在將被稱物體放上去，便能夠直接輸出物品的總價。操作方便，省去操作計算器的時間。2、無線傳輸，能夠將數據上傳到云端，并將數據存儲在云端這個數據庫里，需要的時候再提取。3、云端交互，能夠通過手機或者PC端實現與云端的數據交換，將數據從云端提取到用戶端，在經過一系列的處理，最終達到指導進貨的目的。

2系統設計總體的方案本課題所設計的電子秤主要應用于商品交換領域，目前市面上的電子秤，體積大，功能單一，使用不方便。除了具有普通電子秤的功能以外，本電子秤具備鍵盤操作功能，將被稱放到秤上以后，可以進行單價輸入，去皮，置零等功能。本電子秤還具備無線傳輸功能，能夠將數據上傳到云端，云端充當數據庫的角色，當你需要的時候，你就能夠從云端提取數據，在通過手機進行轉化成圖表的操作，這樣能夠達到指導進貨的作用。電子秤本身直接計算，省去計算機計算的時間，操作簡便，更加生動的體現了智能化。2.1系統總體設計方案的比較分析結合所學知識和相關書籍，目前的市面上電子秤大概能夠分為如下幾種：方案一：目前市面上普通的電子秤圖2-1.目前市面上普通電子秤的方案此方案經由數碼管反映物品重量，原理簡易，能夠選擇具有模數轉換能力的單片機。用用這種方法設計出來的電子稱重系統，不單單硬件簡單，容易接線，并且編程相對較容易。但也有不足：硬件方面簡易，雖然電子秤能夠達到最普通基本承重的功能，但是外部數據的輸入無法實現，不能根據實際情況靈活地設定各種控制參數。因為數碼管本身的局限性，其只能顯示簡單的數字和引文字符，無法實現漢字及復雜字符的顯示。而且采用具有模數轉換功能的單片機，會使得系統電路過于簡單，限制系統硬件的擴展，使得電子秤的功能過于缺少，設計無法達到預期的標準。方案二：目前市面上的功能電子秤圖2-2.目前市面上功能電子秤的方案鍵盤輸入裝置的使用，可以實現外部對內部的數據輸入和操作，實現電子秤稱重和計算的能力。前端信號在進行處理時，選用信號放大以及轉換等方法可以增加信號采集強度，但會使設計成本變多。使用能夠顯示字符圖文LCD顯示器來顯示，此方案不僅可以增強人機交換的能力，而且達到設計要求，能夠顯示物品信息、價格等相關內容，能夠通過切換液晶顯示界面的方法來實現增加擴展功能。方案三：本電子秤圖2-3.本電子秤的方案結構上，本電子秤使用了鍵盤，鍵盤能夠實施對電子秤置零去皮等操作，首先通過傳感器，根據傳感器的壓電效應，向系統內流入一個電信號，接著經過A/D轉換將電信號轉換為數字信號進入單片機，接著單片機進行一系列的處理，萬冊會給你LCD顯示，云端交互等功能。本電子秤的智能主要體現在以下方面：1、數據計算，本電子秤能夠將數據進行計算，只需要輸入單價，在將被稱物體放上去，便能夠直接輸出物品的總價。操作方便，省去操作計算器的時間。2、無線傳輸，能夠將數據上傳到云端，并將數據存儲在云端這個數據庫里，需要的時候再提取。3、云端交互，能夠通過手機或者PC端實現與云端的數據交換，將數據從云端提取到用戶端，在經過一系列的處理，最終達到指導進貨的目的。下面圖2-4是電子秤云端交互部分的流程框體。圖2-4云端交互方案2.2本章小結本章主要對系統的整體電路設計方案進行比較分析，首先分析了LED顯示，無鍵盤方案，最終因無法實現顯示復雜字符，控制的功能，而舍棄本方案；接著分析LCD顯示，有鍵盤方案，此方法較為合適，但無法實現預期的全部功能，在此方案基礎上，加上無線傳輸部分，最終能夠實現云端交互。3系統元器件選型設計本課題所設計的電子秤主要應用于商品交換領域，目前市面上的電子秤，體積大，功能單一，使用不方便。除了具有普通電子秤的功能以外，本電子秤還具有無線傳輸功能，實時上傳數據；能夠計算價格，能夠使交易的過程更快速，省去了計算的時間，更加生動的體現了智能化。為實現上述功能，各器件按照下面的方法選型：3.1單片機選型設計與傳統的微型計算機相比，單片微型計算機具有以下特點：1）高集成度和小尺寸微型計算機所需的處理器，ROM，RAM，I/O接口和定時器/計數器集成于一個芯片中，可滿足設備在許多應用中的需求，從而滿足應用系統由一個單片微型計算機組成。結構簡單，體積非常小。2）控制力強大單片機面向控制器，其實時控制功能特別強大，處理器可以通過輸入輸出接口直接執行各種操作，可以執行各種控制任務，從簡單到復雜。3）抗干擾能力強CPU存取存儲器的數據傳輸線（總線）和單片機中的I/O接口大部分集成在芯片中，所以外界不會那么容易干擾到。另外，由于單片微型計算機具有小尺寸和寬溫度范圍，因此易于在相對較低的應用環境中使用。采納電磁屏蔽等方法，能夠在各種差環境下穩定工作，使單片機的應用系統的穩定性遠大于整個微機系統。4）易于使用單片機內因為部功能強大，且易于擴展系統，因而很容易設計應用系統的硬件。另外，國家內外另有各種SCM開發工具，它們對輔助軟件和設計方法有很好的調試功效。單片機的使用非常方便，很大程度上使系統的開發的周期變的更短了，并且還可以方便多臺機器和分布式控制的工作，從而使系統的效率和可靠性整個控制系統得到很大改善。5）高性價比由于其強大的功能和低成本的單片機應用系統，印刷形式少，連接器少，安裝調試方便，系統報告SMC價格的性能和應用總體上高于微機系統。單片機的使用是一個性能可靠，性價比高的系統，現在正大范圍的使用在國名經濟的各個方面，對推動各行業技術改造和升級具有重要意義產品。單片機廣泛應用于各種設備和測量設備，智能儀表，提高了測量精度和測量速度，改善了控制功能，簡化了硬件設備結構，便于操作，維護和改進。使用SCM重建原始測量和控制設備可以促進開發數字，智能，多功能，集成和靈活的儀器，如溫度，壓力，流量，濃度和控制。使用SCM軟件編程技術，測量儀器中的糾錯和線性化問題已經被克服了很長時間。如今，該裝備中的SCM利用被視為國內外儀器和測量儀器現代化的標記。微控制器廣泛應用于測量和控制設備，如數字恒溫器，智能儀表，紅外氣體分析儀，氧氣分析儀，激光測距儀，各種醫療設備，多用途數字儀表，能量計智能電子秤，轉速計等。MCS-51單片機技術相對成熟，使用得范圍也相對廣泛。本系列中的8051被認為我國單片機的代表，8031即8051沒有ROM，8751即8051用EPROM代替ROM。8051單片機的基本特性如下：（1）具有8位的中央處理器（CPU）；（2）芯片內有時鐘發生電路；（3）具有4KROM；（4）具有128字節RAM（5）具有21個特殊功能的存儲器；（6）具有4個I/O端口、32根I/O線；（7）可尋址64K字節外部程序存儲器；（8）可尋址64K外部數據存儲器；（9）具有兩個16位定時/計數器；（10）可有5個中斷源，配備2個優先級；（11）具有一個全雙功能串行接口；（12）具有位尋址能力，適于邏輯運算。8051的引腳排列如圖3-1所示。圖3-18051單片機引腳圖3.2傳感器選型設計在電子秤中，傳感器是設計中最主要的組成部分和最繁雜雜的部分。其性能的優劣很大程度上代表了電子秤的性能優劣。現代科學技術的成長，特別是微型計算機技術的普及化和國民經濟的成長，使得在各個產業范疇利用電子衡器來明確稱重信息成為可能。流程和其他過程控制領域，特別是物流中每條生產線的自動檢測和跟蹤。電子稱重裝置用于電子稱重，是國家使用的六種測量儀器之一。稱重傳感器是電子稱重裝配和電子稱重體系的首要部分，其特性很大程度上影響電子稱重裝置的操作。因此，其表現的優點或整個體重管理系統的質量起著重要作用。精確穩定可靠是用戶對電子秤最重要的需求，同時也是電子秤本身極其重要的指標。因為有不同的應用以及對電子秤本身的精度的也有不同要求，所以，對稱重傳感器的性能指標也有著不一樣的需求。通常情況下，選擇測力傳感器的綜合精確度（非線性，重復性和滯后性的三個指數的有效值）時，電子稱重裝置應綜合考慮多方面，不能單獨追求精度。在溫度變化很重要的情況下使用的傳感器應該選擇合適的工作溫度范圍，以確保傳感器在安裝現場的溫度條件下可以正常運行。3.2.1稱重傳感器的選型原則傳感器的選擇必須考慮：傳感器的尺寸和形狀、傳感器密封要求和其他要求、傳感器精度等級、傳感器的選擇，傳感器參數和電纜的長度。傳輸電纜的尺寸，類型和長度也可以在稱量條件，待稱重物體和確定位置區域的情況下確定。所以應當考慮以下內容來選擇傳感器：1.傳感器精度應當從實用，性能，經濟方面思考，傳感器的精度水平應根據稱重系統的實際需要合理估算。傳感器的低精度并不代表著它在生產過程中很粗糙。嚴格控制不同精度，零排放特性，壓實條件和處理方法的傳感器。精度很大程度上取決于彈性結構，并決定是否進行線性補償。盡管它們的自然線性是平庸的，但許多彈性體結構在沖擊和緊密度方面具有結構優勢。所以，在丈量精度低但工作條件差的情況下，傳感器的性能關注重現性。在可靠性的情況下，最好使用精度低，可靠性高的產品。例如：液位傳感器和接近傳感器過載，雖然對于測量精度要求沒有很高的要求，但可靠性要求非常高，如故障情況下，它可能會設置危及設備的安全和人員的安全。經由彈性模量補償和線性補償，色譜柱傳感器能夠到0.02的精度。可是，若是使用精度較低，就不用舉行過渡的補償。所以，不僅要實現性能方面的優良，還要實現經濟方面的實惠。相反，在某些需要精確稱量的情況下，特別是對于長時間無法控制的電子秤和測力系統，您不僅要考慮線性，重復性和滯后，還要考慮到溫度的變化。誘發錯誤，蠕變錯誤和長期穩定性。2.傳感器的范圍下列元素決定了傳感器的范圍：1.貨物的最大重量;2秤臺或設備重量;3傳感器參數的數量;4通常情況下的極限負重;5在稱重條件下可以添加動態載荷和沖擊以及其他干擾。對于不同類型的稱重傳感器，在有相同的重量負載時，傳感器范圍有不同的選擇。在外國引進的多種電子秤中選擇傳感器量程，并結合國內眾多衡器的實際經驗，在測量儀器授權的條件下，全球傳感器量程為2?2.5倍超過現實的極限負載。由于任何電子稱重裝置不可避免地具有沖擊，振動和部分負荷，并且一些可能的力難以準確估計，所以選擇一個范圍時選擇的影響因子和雙中心偏差因子傳感器也不合適。因此，考慮到最基本的電子秤性能指數的可靠性，選擇最高可能的范圍無疑是有益的。3.傳感器技術參數傳感器技術參數的選擇主要包括以下幾個方面：（1）非再現性，非線性誤差，滯后誤差的容允偏差。規定的技術參數必須根據系統的精度要求確定;（2）傳感器靈敏度的敏感性和標準化的必需。設計期間確定的彈性體結構和電壓水平決定輸出靈敏度系數，所以用戶必須遵照制造商給予的參數進行選擇。中國不同傳感器的靈敏度系數，輸出和輸入阻抗正在逐步標準化，使傳感器成為國家產品甚至國際互換。（3）橋路阻抗和勵磁電壓。如果初始稱重系統已經具有激勵能量源，則用戶必須考慮由所選傳感器提供的橋的壓力。因為通過應變儀的電流顯示（20-25mA）。用戶必須根據現有測量系統提供的橋梁壓力選擇合適的稱量單元，以避免錯誤。（4）零點設置特性，溫度漂移特性，時移特性，固有頻率等。對于某些高精度稱量的情況，用戶可以根據需要為制造商的參數建立更詳細的規格。4.選擇傳感器的密封狀況對于傳感器，一旦彈性體完成了連接橋的補償，它就開始因環境中的濕氣而降解。在現場工作時，如果不能可靠地密封，工作環境中的濕氣，腐蝕性氣體，環境，水和灰塵將會損壞它。因此，本領域中使用的傳感器必須具有保護蓋并且被密封。對于在相對干燥相對干凈的環境下，能選擇帶膠水的傳感器，可以選擇帶膠水的傳感器。對于在潮濕環境中操作并且易受洪水影響的傳感器，有必要選擇隔膜熱封或隔膜，焊接接頭，抽掉氮氣。對在高度腐蝕性情況中工作的傳感器，必需選擇帶有外部噴涂外表或不銹鋼外殼的傳感器。3.2.2稱重傳感器的具體選型稱重傳感器根據變換原理進行分類，一般包括型式應變電阻，差動變壓器的類型，電容式，磁性式壓力式，壓電式。電氣和振動頻率。目前，用于消費類的各種電子秤質上大多采用的使應變式傳感器。應變片電阻具有線性度好，重現性好，滯后小（高精度高），運行可靠，長期穩定性好，適合動態測量的良好疲勞效應等特點。它的布局相對簡單，體積相對不大，能夠接觸不同類型的傳感器實現稱重功能。因此，它是目前電子衡器中使用最廣泛的傳感器類型。應變式稱重傳感器的道理是利用粘合劑將稱重傳感器粘附到金屬彈性構件上。一旦彈性構件受道理的作用變形，應變儀就會轉變為電阻變化，以此來測量力。相對而言，應變式的傳感器，包含下面的特點：1.結構簡單，體積可制作各種稱重傳感器;2.線性和重復性好，沒有大的滯后性。3.運行可靠，具有很好的長期穩定性能;4.可用于拉伸和壓制，拉伸和壓縮時輸出特性的對稱性好。5.互換性好，使用方便，易與電子測量設備匹配;6.使用壽命長，易于操作和維護;7.頻率響應良好，可以進行動態測量。3.3顯示器選型設計方案一數碼管顯示數碼管即為某種半導體的發光物件，它的最小單元為發光二極管。按照段數，數碼管能夠分成七段數碼管和八段，相對于七段數碼管而言，八段數碼管多了1個發光二極管，這代表會多一個小數點顯示；經由數碼管反映物品重量，原理簡易，能夠選擇具有模數轉換能力的單片機。這樣設計出來的電子稱重系統，不單單硬件簡單，容易接線，并且編程相對較容易。但也有不足：硬件方面簡易，雖然電子秤能夠達到最普通基本承重的功能，但是外部數據的輸入無法實現，不能根據實際情況靈活地設定各種控制參數。因為數碼管本身的局限性，其只能顯示簡單的數字和引文字符，無法實現漢字及復雜字符的顯示。而且采用具有模數轉換功能的單片機，會使得系統電路過于簡單，限制系統硬件的擴展，使得電子秤的功能過于單一，設計無法達到預期的標準。數碼管顯示信息有限，當顯示信息較多時需要多個數碼管級聯方可，這樣會造成硬件連接復雜，成本增加；數碼管對大部分字符不能很好的顯示，動態掃描時處理不好易出現閃爍現象。方案二LCD字符液晶顯示采用LCD液晶顯示，顯示模塊包含下面特點；體積不大、耗能不高、顯示內容多樣等優勢，如今單片機應用設計中最常用的信息顯示器件就是字符型液晶顯示模塊，但如若采用LCD顯示，設計的費用會因此增加。點陣式液晶顯示模塊可以顯示各種符號并顯示漢字。由于該項目需要顯示中文字符，因此我們選擇了矩陣LCD。LCD1602的能力；他能將16個字或符號分為兩行顯示，有8位數據總線D0-D7，和RS、R/W、EN三個控制端口，能夠在5V的電源下面運行，而且他還包含了背光，能夠調字符的對比度。LCD1602液晶模塊強大的地方在于，其內的字符發生存儲器在生產時就包含了160個相異的點陣字符形狀，各個字符皆含有其唯一的代碼，通過指令以及編程，來完成數據的讀寫，屏幕和光標的操作。最終通過我再三思考，本系統的顯示部分使用LCD1602顯示屏。3.4A/D轉換芯片選型設計由上述對傳感器量程和精度的闡述可知：A/D轉換器偏差應當低于0.03%。12位A/D精度：15Kg/4096=3.6g14位A/D精度：15Kg/16384=0.92g我們充分思考其他原因的干擾，12位A/D無法達到系統需要的精度要求。因此我們應當選擇14位或更高精度的A/D。雙積分型AD防擾亂能力極強，工頻干擾信號的正負對稱積分為零，因此50Hz有較強的克制能力，對工頻干擾也有較好的濾波效果。當干擾電壓的平均值成為零時，輸出不受影響。特別是對于這個系統，緩慢變化的壓力信號很容易依賴于功率信號。因此，使用全雙A/D轉換器可以大大降低濾波器電路的要求。HX711是一款專業為電子秤而設計的A/D轉換芯片，它的位數是24位。該A/D芯片與其他的A/D芯片相比，具有相當大的優勢；其他芯片需要穩壓電源之類的眾多外圍電路，但是本芯片將這些外圍電路都集成在里面。而且它響應時間極其短，抗干擾能力極其優秀。電子秤的整體成本得以大大降低，整體的性能也更加穩定可靠。XH711與單片機芯片的連接很容易，編程也特別簡單，全部的信號都有管腳驅動，不用對芯片內的寄存器進行編程。輸入選擇開關能夠隨意選擇通道A或B,和他里面的低噪聲可編程放大器連接。通道A的可控制增加使128或者64，對應的滿額度差分輸入信號幅值分別是±20mV或±40mV。通道B就是不變的的64增益，來給系統檢驗參數。芯片內供給的穩壓電源能夠直接向外部傳感器和芯片內的A/D轉換器提供電源，系統板上不要其他的虛擬電源。芯片內的時鐘振蕩器不借助任何外接器件。上電自動復位功能使開機的初始化過程更加簡易。XH711模塊引腳圖如圖3-2所示。圖3-2XH711A/D轉換芯片3.5無線傳輸模塊選型設計ESP8266wifi模塊介紹；ESP8266是一種具備良好性能無線SOC的WIFI模塊，ESP8266是一個完備的WIFI解決方案，他自身就能作為獨立的一部分。當在ESP8266上配備應用并作為獨一無二的應用處理器的時候，可以從外接閃存中瞬間啟動。內置的高速緩沖存儲器，一方面使系統性能更強，另一方面可以減少內存需求。ESP8266強大的片上處理和存儲能力，讓他能夠通過GPIO口集成傳感器和其余應用的特定設備，使得在開發和應用中最少的占用物資。ESP8266的集成度極其的高，電源管理等等其他模塊所需的外部電路都包含其中，所以幾乎不需要外部電路，而且在運行的時候能夠最大限度的減少對PCB空間的占用。含有ESP8266的結構具有一系列的優勢：節能VoIP在睡眠/喚醒兩者之間能夠實現迅速的切換、配合低功率操作的自適應無線電偏置、前端信號的處理功能、故障排除和無線電系統共存特性為消除蜂窩/藍牙/DDR/LVDS/LCD干擾。ESP8266無線模塊包含下面的特點：（1）802.11b/g/n（2）WIFI@2.4GHz，支持WPA/WPA2安全模式（3）超小尺寸模組11.5mm*11.5mm（4）內置10bit高精度ADC（5）內置TCP/IP協議棧（6）內置TR開關、balun、LNA、功率放大器和匹配網絡（7）內置PLL、穩壓器和電源管理組件（8）802.11b模式下+19.5dBm的輸出功率（9）支持天線分集（10）斷電泄露電流小于10uA（11）內置低功率32位CPU：可以兼作應用處理器（12）SDIO2.0、SPI、UART（13）STBC、1x1MIMO、2x1MIMO（14）A-MPDU、A-MSDU的聚合和0.4s的保護間隔（15）2ms之內喚醒、連接并傳遞數據包（16）待機狀態消耗功率小于1.0mW(DTIM3)（17）工作溫度范圍-40~125℃3.6本章小結本章主要對硬件選型進行設計，本系統選用8051系列單片機，其技術成熟。采用應變式壓力傳感器，通過壓力作用將物體的重量轉換為電信號。采用LCD1602顯示屏幕，能夠顯示復雜的字符，包含背光，能夠調節屏幕的對比度。采用XH711A/D轉換芯片，他是24位A/D芯片，精度高，適合于電子秤的系統。采用ESP8266wifi模塊，它作為一個完備的系統，具有集成度高，便于設置，功能強大等特

4系統硬件電路設計裝備的功能很大部分受硬件影響。本電子秤主要應用于商品交換領域，為了實現電子秤的功能，本電子秤具有下面特點，首先質量輕體積小，其次耗能低，再者具備計算能力，再者具備顯示功能，再者能夠通過鍵盤控制，最后能夠實現無線傳輸功能。本產品的硬件電路按照下面的方案設計。4.1電源電路設計因為要為系統中的單片機、A/D轉換芯片以及LCD顯示器提供5V的電壓，為了保證能夠使得系統可靠穩定的運行，我決定設計一款能夠提供5V穩定電源的供電系統。本系統使用兩種電源接口供電的方法：一種是USB接口，直接通過USB接口連接它使電路調試更加方便；另一種是外置電源，這種方法要注意的是，需要額外加上三端穩壓器件lm7805,用它當作電源的穩壓器件來保證系統電壓穩定是5V，外接電源的輸出電壓要高于5V輸出才能起到作用，系統電源輸入部分應當加上濾波電容使得工作電壓平穩。在電源的輸出部分加上LED電源指示燈，通過指示燈的明暗亮滅，來觀察電源的工作與否。本電子秤的電源電路設計部分如下圖4-1所示。圖4-1電源電路C1，C2的功能是，對電源濾波，濾除一些電路中或許存在的高頻電波，這樣就不會對電源產生很大的影響，C4的作用是能夠穩定電源，如果USB端數出的電壓過高的時候，C4就會儲能，來使電壓降低，如果USB端供給的電壓不足的時候，C4就會釋放存儲的電能，使電壓升高，保證電壓不至于過高。使用LED0當作電源的指示燈，若他亮，則工作，若他不亮，則不工作。電路中的R0在這里充當保護電阻的作用，它起到限流的作用，這樣LED就不會燒壞。U=2（R*P'*F）1/2\#"0"4.2電子秤主控電路設計本電子秤的主控電路包含晶振電路和復位電路，主控電路是系統最基本的部分，也是核心部分。電子秤主控電路部分的電路圖如下圖4-2所示：4-2單片機主控電路晶振的功能是，生出原來的時鐘頻率，然后再發生器中，這個頻率經過變化，生成了各種不一樣的總線頻率。晶振又稱晶體諧振器，屬于一類電子器件，采用精切割的石英制作而成。在頻率發生器中這個頻率經過頻率發生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。此類晶體有個特點，若給其通電，便生成機械振蕩，反之，若給其機械力，便生成電，此特性為機電效應。還有一個特點，振蕩頻率與形狀材料密切相關。因為石英有極其穩的化學性能，熱性能穩定，所以他諧振穩定，很適合做為晶振的材料。由于石英晶具有機電效應，可以能夠將它與電磁振蕩回路作比較，就是諧振回路。他們的機電效應原理為機-電-機-電..的不斷轉換，由電感和電容組成的諧振回路是就是電場和磁場之間的不斷變換。在電路中的應用實際上是把它當作一個高Q值的電磁諧振回路。因為石英晶體有極小的耗費，即Q值非常高，做振蕩器用時，產生的震蕩很穩定，作濾波器用，可以獲得非常穩定和陡削的帶通或帶阻曲線。復位電路也是主控電路的組成部分之一，他通過按鍵控制來實現電復位功能。S1是復位按鍵，當按下復位按鈕的時候，復位端通過1K的小電阻與電源相接，快速實現放電,使RST引腳變成高電平,當復位按鍵彈起,電源通過10KΩ的電阻對10μF的電容C1重新充電,RST引腳端出現復位正脈沖。在8051單片機內部有一個高增益反相放大器,用來構成振蕩器,然而要形成時鐘脈沖,又要在外部附加電路,本設計采用內部時鐘方式,利用芯片內部的振蕩器,然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器,就構成了穩定的自激振蕩器,發出的脈沖直接送入內部時鐘電路,C2和C3的值通常選擇為30pF左右,晶振Y1選擇12MHz.為了減小寄生電容,更好地保證振蕩器穩定、可靠地工作，振蕩器電容應盡可能安裝得與單片機引腳XTAL1和XTAL2。4.3系統顯示部分電路設計本電子秤能夠顯示的內容包括：物品的名稱，物品的重量，以及物品的價格。能夠通過輸入商品編號來選擇單價，也能夠直接輸入單價，當將被稱量物體放在上面時，便會顯示總的價格。同時當需要從云端提取數據時，能夠將云端提取的數據在顯示屏幕上顯示出來，這樣就能夠實現人機的智能交互，所以這要求顯示器能夠顯示某些特殊字符。為了達到顯示的功能，能夠現實一些特殊的字符，本電子秤系統選用了LCD1602液晶顯示模塊，在液晶板上面羅列了數個5×7或5×10點陣的字符顯示位,每個顯示位能夠顯現1個字符，根據規格的不同，能夠分成每行8、16、20、24、32、40位，有一行、兩行及四行三類。其與單片機的連接電路如圖引腳1和引腳二分別是液晶1602的地引腳和電源引腳，3號引腳是用來調節背光的按鈕，經過10K的電位器接地，能夠通過電位器的電位來調節背光的亮度，引腳4引腳5引腳6是液晶片的選控制引腳，分門別類的與單片機的p2.0、p2.1、p2.2端口，引腳7-14為數據的傳輸口，與單片機的p0口完成運輸數據，引腳15、16是控制液晶背光的引腳，分別與電源與地相接。顯示部分電路如圖4-3所示。圖4-3顯示部分電路4.4鍵盤/開關輸入電路進入鍵盤是電子秤的一部分，它實現的是機器與人的互動。英特爾8279是一款相對成熟的可編程鍵盤和顯示芯片，可以執行鍵盤控制和顯示兩項任務。鍵盤部分能夠給予掃描狀態，能夠用來連接到一個64鍵的鍵盤，它可以連續掃描鍵盤，自動消除抖動，自動識別按鍵并給出代碼，同一時間按下雙鍵或n鍵。表現部份提供的顯示界面只能夠在LED，熒光燈和其他顯示器的方面可以使用。它提供的是多路復用信號，用來進行顯示，在最大的情況下能夠顯示16個字符或者是數字。8279芯片可以直接連接到單片機，用于簡化系統軟件的開發，提高處理器和8051微控制器接口電路的性能。圖4-4鍵盤電路設計根據該設備所需的功能，已經開發了由16個鍵（4×4矩陣鍵盤）組成的鍵盤輸入電路。16個鍵-包括了數字鍵0-9，小數鍵和5個功能鍵（去皮，清除/復位，累加，保持，輸入/校正）。16個按鈕通過4×4矩陣排列為4行4列。電子秤按鍵分布及其功能定義如圖4-5所示：789去皮456清零123累計A0B計算圖4-5鍵盤按鍵（1）0-9表示數字鍵，用來輸入物品的單價。將被稱量的物品放在秤臺面上，輸入單價，按下計算鍵，能夠得出物品的總價。A鍵未定義，在此處無功能B鍵是小數點按鍵，用來輔助單價輸入去皮：將“皮”放到秤臺上，顯示一數值，然后按下去皮按鍵，則就會顯示零，這就是去皮的過程。當不在需要去皮時，再按一下，就可以取消去皮。清零：當單價不需要時，按一下清零鍵，就可以將單價清除。累計：當你想累積多數量的金額時，那么就一定要使用“累計”鍵。在顯示商品的每個狀態下，點擊“收集”按鈕以將金額添加到總金額中。如果顯示“E”，則累計總值超出評估范圍。計算：在正確輸入了單價之后，按下計算按鍵，將會計算出金額，并在液晶顯示器上顯示出重量、單價、總價。4.5A/D電路當芯片上電時，芯片內的上電自動復位電路會使芯片自動復位。管腳PD-SCK輸入來控制HX711的斷電。當PD-SCK為低電平時，芯片處于正常工作狀態。如果PD-SCK從低電平變高電平并保持在高電平超過60us，HX711即進入斷電狀態。如果使用片內穩壓電源電路，斷電時，外部傳感器和片內A/D轉換器會被同時斷電。當PD-SCK重新回到低電平時，芯片會自動復位后進入正常工作狀態。芯片從復位或斷電狀態后，通道A和增益128會被自動選擇為作為第一次A/D轉換的輸入通道和增益。隨后的輸入通道和增益選擇由PD-SCK的脈沖數決定，參見串口通訊一節。芯片從復位或斷電狀態進入正常工作狀態后，A/D轉換器需要4個數據輸出周期才能穩定。DOUT在4個數據輸出周期后才會從高電平變為低電平，輸出有效數據。電路圖如4-6所示。圖4-6A/D轉換電路4.6無線傳輸電路ESP8266無線通信接口電路設計ESP8266無線通信接口電路主要有8051單片機，ESP8266無線模塊和信號收發指示燈組成，此部分電路原理圖如圖5-5所示。ESP8266無線模塊采用DC3.6V供電，其中模塊的1腳接53.6V直流電壓，4腳接GND，2腳3腳分別接到單片機的RXD、TXD端口，無需其他外圍輔助電路即可完成無線模塊和單片機之間的數據傳輸。無線傳輸模塊與單片機接口如下圖4-7所示。圖4-7無線傳輸電路設計4.7系統超重報警指示電路設計超重報警電路的作用是在稱量時，當超出最大值的時候，蜂鳴器就會發生報警，給出提示，避免傳感器的損壞。PNP三極管9012驅動蜂鳴器是報警電路的最基本組成部分，單片機IO口控制三極管的基極，當單片機的IO口輸出的電平是低電平時，三極管導通，此時蜂鳴器正極便會和電源相接，蜂鳴器通電發出報警聲，當單片機IO口輸出的電平為高時，三極管截斷，蜂鳴器就不會報警。報警指示電路如圖4-8所示。圖4-8蜂鳴器報警電路4.8本章小結本章主要是對電路設計部分的具體說明，包括電源電路設計，主控電路設計，顯示部分電路設計，鍵盤電路設計，無線傳輸電路設計，超重報警電路設計。5系統軟件設計5.1系統軟件編程環境介紹系統軟件的設計部分采用C語言來編程，編譯環境為keilUV3。keilc51是美國KeilSoftware公司制作的C語言軟件開發系統，與匯編相比，C在方方面面都比他好，而且既好學有好用。Keilc51提供windows操作界面，十分方便，而且它生成代碼的速度特別快，多數語句生成的匯編語句相對緊湊，方便理解，其優勢能夠在開發大型軟件時顯現出來5.2系統主程序流程圖本課題所設計的電子秤主要應用于商品交換領域，目前市面上的電子秤，體積大，功能單一，使用不方便。除了具有普通電子秤的功能以外，本電子秤還具有無線傳輸功能，實時上傳數據；能夠計算價格，能夠使交易的過程更快速，省去了計算的時間，更加生動的體現了智能化。系統軟件部分主程序流程圖如圖5-1所示圖5-1系統主程序流程圖5.3系統初始化流程圖系統開機之后會進行初始化，初始化程序如下圖5-2所示圖5-2系統初始化流程圖5.4傳感器檢測流程圖傳感器部分主要是檢測壓力信號，將壓力信號轉化為電信號，流程圖如下圖5-3所示。 圖5-3傳感器檢測流程圖5.5系統顯示部分流程圖本段子程序主要是用來判斷系統的顯示功能，是否顯示，如何顯示，這是系統程序重要的部分。設計流程圖如圖5-4所示。圖5-4系統顯示部分流程圖5.6系統按鍵調整部分流程圖本系統設計的使4*4的矩陣式鍵盤，程序能夠首先判別按鍵編碼，接著通過編碼將鍵盤表示的量送至相應的存儲單元，再進行功能選擇或數據處理。設計流程圖如圖5-5所示。圖5-5按鍵調整程序流程圖5.7本章小結本章主要介紹了系統的主程序流程圖，初始化流程圖，傳感器檢測流程圖，顯示部分流程圖，按鍵流程圖。接著介紹了部分的代碼。

6儀器的誤差及誤差分配在錯誤分配和綜合原理以及便攜式電子天平的開發中，誤差分析，誤差分布和一般誤差綜合三個階段完成了對儀器主要部件的選擇。6.1儀器的誤差來源便攜式電子天平是一種靜態加權電子天平，其誤差來源于稱重傳感器、電子設備（傳輸系統和輸出數據處理系統）和控制系統機械支持。6.1.1稱重傳感器的誤差稱重傳感器的誤差主要是來自于兩個方面，一個是客觀的硬件方面，它的不重復性、滯后性、非線性會很大程度上影響稱重傳感器的誤差；另外還有一方面來自于外在環境，環境變化等因素，可能會使得傳感器的一些參數發生變化。所有這些錯誤已經通過傳感器制造中的各種補償措施降低到可能的最低水平。其它還有不容易補償以及糾正的，可以將他看為隨機錯誤。因此，傳感器的綜合誤差可以根據RMS方法合成，其通過以下公式獲得：（6-1）式中——傳感器的合成誤差；——傳感器的非線性誤差；——傳感器的不重復性誤差；——傳感器的滯后誤差；——溫度變化引起傳感器的零點變動誤差；——溫度變化引起傳感器系數變動誤差；——稱重傳感器周圍環境溫度變化的幅度。6.1.2電子設備的誤差在制造電子秤時使用高精度數字儀表和高精度芯片，這樣電子設備的誤差在電子秤中所占的比例就會比傳感器低得多。電子設備之合成誤差的計算方法是（6-2）式中——儀器的非線性；——溫度變化引起的零點變動；——溫度變化引起的靈敏度變動；——時間引起的零點漂移；——時間引起的靈敏度變化；——電壓變化引起的零點漂移；——電壓變動引起的靈敏度變化；——儀器周圍環境溫度變化的幅度。電子秤中，電子設備部分由放大器、A/D轉換器、顯示、串聯使用，其總誤差為（6-3）式中--放大器誤差、--A/D轉換器誤差、--顯示誤差。另外，稱重傳感器和電子設備之間的信號傳輸系統中使用的電纜長度過長可能導致嚴重錯誤。導線電阻由于跟著溫度的變化而發生變化，饋入直流電源時的熱電功率誤差，電纜導線的絕緣電阻和電磁干擾等。6.1.3機械承重系統的誤差機械支撐體系支撐被測物體的重量，并通過它在稱重傳感器上起作用。然而，由于在防止振動，加或減其所能承受的力等措施中，由于摩擦力過大而導致力傳遞中機械支撐系統的機械結構中存在一些不利因素，不能轉移到應變計上。或者傳遞的力不作用于傳感器的中心軸以引起部分載荷，或者傳遞的力與傳感器力的軸線之間存在角度，這迫使力不切實際。錯誤無法容易地量化機械支持系統中的錯誤（用表示），電源波動造成的錯誤以及稱重傳感器和測量線之間的導體錯誤。只有合理的設計和安裝以及錯誤分配，這些錯誤才會受到損害。通過提供一些多余來保證。所以，在機械裝配的過程中，必須確保負載的重量能夠在垂直方向上作用在傳感器上。力的方向必須與傳感器的力軸相對應，并且不會產生水平分量的附加扭矩或力。在機械承載系統中，如果稱重傳感器的安裝效果不理想，或者稱重傳感器上的外力效應未達到最小，則無法保證預期的精度，甚至無法保證穩定性。可以使用。6.2儀器誤差分配在電子秤的新設計或制造中，一般根據整個稱重系統的整體精度要求，根據均方根分布的原則，并與電子稱重系統的不同部件有一定比例。通常分配靜態電子天平，以便為傳感器分配50％的容差，向電子設備和數據處理系統分配30％的容差，20％的容差參考支持系統力學。6.3儀器誤差的計算方法在經過對電子秤進行檢驗和調試后，每個稱重點測得的一系列數據常常是通過誤差理論和相應的誤差公式來計算其精度或誤差。使用均方誤差的方式來計算。均方根法的具體步驟如下：若每個稱量點檢定后得到n個示值，分別為、、、……，求出每一個稱量點N次示值的平均值（6-4）式中下標表示K個稱量點中某一個稱量點，=1，2，3，……K；下標表示同一個稱量點N次檢定值中某一次檢定，=1，2，3，……N。求出偏差，它等于稱重示值與該稱量點平均值之差，即剩余誤差（6-5）求出均方根誤差，即標準偏差（6-6）4.剔除粗大誤差在偏差中當稱重顯示符合＞3的情況時，就應該對其進行去除操作，去除后需重復上面所說1、2和3的計算過程。原因是，在稱重的過程中，可以認為大于3誤差值的出現概率大概是特別特別低的，其原因就是其超出99.7%的置信概率。能夠認為與此誤差相對應的稱重示值之中包含有粗大誤差，一定要當作不可用數據去除掉。5.取3作為被檢稱量點的偶然極限誤差。6.求出每個稱量點的系統誤差,它等于砝碼質量值與其相應稱量點示值平均值之差，即：（6-7）7.求出最大綜合誤差,它等于偶然極限誤差3與系統誤差之和，即：=3+（6-8）8.求出各稱量點的相對誤差，它等于最大綜合誤差除以相應砝碼質量值MBj（6-9）9.得到各稱量點的精度，它等于相對誤差的倒數（6-10）然后根據相關規程去檢驗衡器，翻查允差表，如果各稱量點的最大綜合誤差或相對誤差均全部在允許的誤差范圍內，那么代表這個秤的常量誤差達到要求，如有一項超越那么則是不符合要求。6.4本章小結本章主要對系統進行誤差分析計算，在電子稱系統最終運行的時候，會進行誤差判斷，部長主要是對誤差的來源以及大小進行計算。7外殼部分設計本電子秤在一個15×9cm的電路板上焊接一系列零件，為了能夠將電路板包裹進去，使其成為一個完整的電子秤，在此進行了外殼部分的設計。外殼結構主要由前殼和后殼部分組成。7.1前殼部分前殼部分圖主要如圖7-1所示。前殼主視圖方向能看到三個洞，第一個3×3cm的洞是放置傳感器的，在傳感器上放置一個托盤。中間2×4cm的洞是顯示部分，通過顯示屏，能夠觀察數據。下面4×4cm的洞是鍵盤部分，在鍵盤上覆上一層膜。殼體總厚度16mm，底部有一個電源接口。圖7-1前殼結構圖傳感器部分是一個30×30mm的孔，可以通過在上面放置一個托盤，然后再托盤上放置物品來測量重量。如圖7-2所示。圖7-2傳感器部分顯示屏部分是20×40mm的孔，LCD通過這個孔，漏在外面。如圖7-3所示。圖7-3LCD顯示部分鍵盤部分是一個40×40mm的孔，鍵盤通過這個孔露在外面，在鍵位上覆蓋一層膜，就可以將鍵盤包裹。如圖7-4所示。圖7-4鍵盤部分殼的四個角采用圓弧設計，便于拿取。如圖7-5所示。圖7-5殼的四角前殼四角有四個螺絲孔，直徑為2mm，用以前殼與后殼連接。如圖7-6所示。

圖7-6四角螺絲孔7.2后殼部分后殼部分厚度為6mm，四周螺孔直徑為2mm。后殼結構圖如下圖7-2所示。圖7-7后殼結構圖后殼同樣有四個直徑2mm的螺絲孔，如圖7-8所示。圖7-8后殼螺絲孔

7.3裝配圖上下殼裝配圖如圖7-3所示。殼體總厚度20mm。圖7-9前后殼裝配圖裝配完成后，外殼的總大小是94×154×20mm。主視圖如圖7-10所示。圖7-10外殼主視圖側視圖如圖7-11所示。圖7-11外殼側視圖俯視圖如圖7-12所示。圖7-12外殼俯視圖結論本文主要采用8051單片機，XH711A/D轉換芯片，LCD1602顯示屏，ESP8266WIFI模塊組成了一款新型的智能無線電子秤，本款電子秤在功能上比傳統電子秤得以加強。傳統的電子秤體積大，不便于隨身攜帶，功能單一，不夠智能，這也是本產品設計的靈感來源。無論是從精度上，還是從穩定性能上來講，本產品都極其優秀。本設計中涉及傳感器技術、微計算機技術、數字顯示技術等等。本產品反應靈敏，靈敏度高，性能穩定。能夠滿足人們的日常稱重需求，而且由于其體積較小，所以及其便攜。本文先從系統的設計要求入手，分析設計的功能要求，進行分析，明確設計的思路。接下來從總體選型方案入手，將幾種方案進行對照比較分析，最終選擇合適的方案。然后研究各個部分的硬件選型，通過比較分析，選擇出了最合適的硬件。接著研究硬件部分的連接，以及電路部分。最后便是對軟件部分的設計，以及系統誤差的計算。前后歷經數月，經歷了一些坎坷，最終完成了畢業設計。經過本次畢業設計，我對大學四年所學知識有了一個全新的認識，將所學知識全部結合到一起，再加以運用，有一種融會貫通的感覺。從查閱資料，再到自己的設計，不僅使我個人能力得到了提升，對知識也有了更加全面的把握。由于自身經驗以及理論方面有一定的不足，加上條件有限，設計中發生了很多困難。由此可見，我的個人技能也有待提高，理論知識還要鞏固加強。致謝

參考文獻[1]中國機械工業教育協會組編，《單片機原理與應用》[M].機械工業出版社.2017,38(05):620-623.[2]郭永貞，《數字電子技術》[M]西安電子科技大學出版社.2017,25(01):33-36.[3]楊金巖等，《8051單片機數據傳輸接口擴展技術與應用實例》[M]人民郵電出版社，2015,35(02):396-397.[4]張齊，杜群貴.《單片機應用系統設計技術》[M].電子工業出版社，2015,35(02):396-397.[5]李廣弟，《單片機基礎》[M],北京航空航天大學出版社,2017,25(01):33-36[6]于京《51系列單片機C程序設計與應用方案》[M]中國電力出版社2013,32(01):66-71+82.[7]張齊，杜群貴《單片機應用系統設計技術》[M].電子工業出版社，2015,35(02):396-397.[8]張洪潤，《電子線路與電子技術》[M].清華大學出版社，2012,35(01):396-397.[9]童詩白，華成英.《模擬電子技術基礎》[M].高等教育出版社,2015,35(01):99-100.[10]胡海學，《單片機原理及應用系統設計》[M].電子工業出版社,2014,35(02):400-403.[11]及力，《Protel99SE原理圖與PCB設計教程》[M]電子工業出版社.2015(09):510-514[12]戴佳，《51單片機C語言設計實例精講》[M]電子工業出版社2011,35(01):396-397.[13]周堅，《單片機C語言輕松入門》[M]北京航空航天大學出版社2011,35(02):88-90.[14]NetworkingIntelligentPressureSensorUsingDigitalLock-inAmplificationTechnology.JournalofMeasurementScienceandInstrumentation.2011(01).21-36[15]DevelopingofHighAccuracyandLowCapacityStrainBasedLoadCELLforElectronicScale2012.15(3).19-23附錄附錄1：系統部分的程序代碼如下所示：voidshizhong_hanshu(){ init(); Init_DS1302();//初始化芯片 init_1602();//初始化lcd while(1) { if(du_k2==0) dianzhicheng_hanshu(); //跳去運行電子稱 tmpchange(); //溫度轉換 wendu_100bei=tmp(); //獲得溫度 show_date(); keyscan(); if((shi==clock_shi)&&(fen==clock_fen)&&(status==2)&&(miao<5)) { clock_flag=1; TR1=1; } if(status==1) //鬧鐘狀態A解除鬧鐘 { clock_flag=0; clock=1; TR1=0; } }}voidget_pizhong(){ uintj; ulonghx711_dat; for(j=0;j<5;j++) Delay10ms(); hx711_dat=ReadCount(); temp=(uint)(hx711_dat/100); }voidget_weight(){ ulonghx711_data,a; uintget,aa; hx711_data=ReadCount(); get=(uint)(hx711_data/100); if(get<(temp+4)) { while(1) { if(du_k1==0) shizhong_hanshu(); //跳去運行時間 weight=0; TR0=0; //不允許運行 chaozhong_flag=0; //無重物，超重標志為0； clock=1; if(leiji_flag==1) { weight_shuzhi(leiji_weight);//顯示累計重量 P3=0xf0; if(P3!=0xf0) { leiji_count--; break; } //按鍵就提出 } else weight_shuzhi(weight);/