新疆地區(qū)是我國(guó)最主要的棉花生產(chǎn)基地，新疆部分高校每年都會(huì)組織學(xué)生去棉田摘棉花。為了減少因重量而發(fā)生 的糾紛，且方便統(tǒng)計(jì)每位學(xué)生的產(chǎn)量，該設(shè)計(jì)通過(guò)使用單片機(jī)STC12C5A60S2、稱重傳感器實(shí)現(xiàn)電子秤。通過(guò)使用 GSM模塊實(shí)現(xiàn)將電子秤的數(shù)據(jù)傳至遠(yuǎn)程電腦中的功能。通過(guò)對(duì)其外形進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其具有體積小、易攜帶等特點(diǎn)。

0.引言

新疆擁有最適于棉花種植的自然環(huán)境條件，日照 充足，晝夜溫差大，這為棉花的健康生長(zhǎng)提供了我國(guó)其 他棉花生產(chǎn)地區(qū)所不及的良好條件。因此，新疆種植棉 花有較大優(yōu)勢(shì)，近幾年來(lái)，新疆棉花的總產(chǎn)量占全國(guó)產(chǎn) 量的30%左右，占全球產(chǎn)量8%左右，成為全國(guó)舉足輕 重的棉花產(chǎn)區(qū)。棉花及相關(guān)產(chǎn)業(yè)為自治區(qū)提供的稅收， 約占自治區(qū)全部財(cái)政收人的15%。正是棉花產(chǎn)業(yè)的崛 起，改變了新疆農(nóng)業(yè)在全國(guó)經(jīng)濟(jì)格局中的戰(zhàn)略地位。新 疆農(nóng)業(yè)大學(xué)自建校以來(lái)，在王震將軍的號(hào)召下具有支 農(nóng)勞動(dòng)的光輝傳統(tǒng)，是學(xué)校加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的重要 手段，每個(gè)學(xué)生都有相應(yīng)的任務(wù)分配，在以往的支農(nóng)勞 動(dòng)中，需要逐一稱重，人工統(tǒng)計(jì)每個(gè)學(xué)生具體任務(wù)的完 成情況，耗時(shí)耗力。目前，棉花的種植面積和效益都在 逐年大幅度的攀升，但是，隨著棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，棉花 的重量準(zhǔn)確性與質(zhì)量安全問(wèn)題引起了人們普遍關(guān)注， 構(gòu)建一個(gè)更加有效率的稱重系統(tǒng)對(duì)于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的 師生們顯得尤為重要。這個(gè)系統(tǒng)對(duì)提高稱重效率，實(shí)現(xiàn) 快速統(tǒng)計(jì)，保證棉花質(zhì)量，保證棉農(nóng)和師生權(quán)益起著重 要的意義。

棉花質(zhì)量追溯系統(tǒng)包括從生產(chǎn)到加工、包裝、儲(chǔ) 藏、運(yùn)輸和銷售等部分，棉花重量采集系統(tǒng)與棉農(nóng)身份 采集是棉花追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中重要的組成部分。棉 花追溯系統(tǒng)的采集部分是通過(guò)RFID技術(shù)將棉農(nóng)身份 與棉花采集的棉花信息包括重量、品級(jí)等信息進(jìn)行整 合，生成帶有這些信息的二維條碼，封裝在棉農(nóng)所產(chǎn)的 棉花上，從而實(shí)現(xiàn)棉花的溯源。

1.硬件設(shè)計(jì)方案

1.1 STC12C5A60S2

采用51系列加強(qiáng)型STC12C5A60S2作為主控器件，其優(yōu)點(diǎn)是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8~12 倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高 速10位A/D轉(zhuǎn)換(25萬(wàn)次/秒)。用戶可將任何一路設(shè) 置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為 I/O 口使用。此方案最大的特點(diǎn)是系統(tǒng)規(guī)?？梢宰龅煤?/span> 小，成本較低，操作控制簡(jiǎn)單。

1.2稱重傳感器

傳感器是測(cè)量機(jī)構(gòu)最重要的部件。稱重傳感器實(shí) 際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的 裝置。本設(shè)計(jì)采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，其主要由彈 性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時(shí)，電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn) 換元件、受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā) 生變化(增大或減小），從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng) 的差動(dòng)信號(hào)，供后續(xù)電路測(cè)量和處理。

1.3 GSM模塊

GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存 儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨(dú)立的操 作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功 能模塊。從功能上看主要由4部分組成：GSM基帶處理 器、GSM 射頻部分、電源 A-SIC (Application Specific Integrated Circuit)、Flash，如圖 1 所示。TC35i GSM 模塊 工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流 3.3-4.8V ,支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真，通過(guò)接口連 接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM 電壓為3V/1.8V，TC35i通過(guò)AT命令可雙向傳輸指令 和數(shù)據(jù)，可選波特率為300b/s?115kb/s ,自動(dòng)波特率為 1.2kb/s ~115kb/s。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS (Short Message Service,短消息）,可通過(guò)AT命令或關(guān)斷 信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。在本系統(tǒng)中，電子秤和電腦 兩端都分別接有西門子的TC35i GSM模塊，電子秤將 采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)GSM模塊發(fā)送到連接電腦的GSM 模塊中，經(jīng)過(guò)GSM的RS232串口將數(shù)據(jù)提取出來(lái)，供 后續(xù)處理.

數(shù)據(jù)接口： TC35的數(shù)據(jù)輸人/輸出接口實(shí)際上是一 個(gè)串行異步收發(fā)器，它符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，它 有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，硬 件握手信號(hào)用RTS0/CTS0,軟件流量控制用XON/XOFF, CMOS電平。

引腳功能:TC35共有40個(gè)引腳，第1~14腳為電源 部分，其中1-5為電源電壓輸人端Vbatt+，6-10為電源 地GND, 11、12充電引腳，13對(duì)外輸出電壓（共外電路 使用），24-29為SIM卡引腳，5、30、31和32腳為控制 部分.

1.4硬件設(shè)計(jì)框架

矩陣鍵盤主要用于輸人個(gè)人信息和計(jì)算金額，在 稱重之前，通過(guò)鍵盤手動(dòng)輸人個(gè)人信息，當(dāng)被測(cè)物體重 量得到后，用戶可以通過(guò)矩陣鍵盤輸人單價(jià)，電子秤自 動(dòng)計(jì)算總金額并將重量等信息添加到屬于當(dāng)前的用戶 中，同時(shí)在LCD液晶顯示屏中顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，最后將 數(shù)據(jù)通過(guò)GSM模塊發(fā)送到指定接收端。電源系統(tǒng)給 STC12C5A60S2、傳感器和GSM模塊供電，如圖2所示。

2.外形設(shè)計(jì)

2.1材料選擇

電子秤整體框架使用聚酯系和聚丙烯系兩種材料 合成的塑料，這種材質(zhì)主要應(yīng)用在汽車塑料保險(xiǎn)杠中， 它具有強(qiáng)度、剛性和裝飾性，而且涂裝性能好，可以減 輕電子稱重裝置的重量，具有耐用，易攜帶的特點(diǎn)。

2.2外觀設(shè)計(jì)

GSM電子秤方便攜帶，節(jié)省占用空間，通過(guò)折疊可 形成整體外觀是一個(gè)底面積為45cmx30cm，筒為15cm 的箱子，外表整潔美觀，如圖3所示。圖中實(shí)線部分表 示外觀整體框架，虛線部分表示盒子內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)在底座的四個(gè)防滑吸盤可通過(guò)掛鉤連接背帶，背帶的 長(zhǎng)度根據(jù)需要可以自己調(diào)整，攜帶過(guò)程中可以像雙肩 背包一樣背在后背上，如圖4所示。在農(nóng)業(yè)使用中，與 現(xiàn)有電子秤相比克服了人力遠(yuǎn)程攜帶的麻煩。

在使用電子秤時(shí)先將背帶拆下，調(diào)節(jié)防滑吸盤，使 電子秤處于水平狀態(tài)，將電子秤外殼展開，可擴(kuò)充底座 托盤的大小，使裝好的棉花與托盤接觸面積增大，更加 方便稱重，如圖5所示。圖中虛線部分為展開的外殼, 外殼展開后可為托盤增加25cmx40cmx2的面積。

搬動(dòng)可旋轉(zhuǎn)的支架，使折疊在一起的支架展開成電子秤工作時(shí)的狀態(tài)，也可根據(jù)自己的使用習(xí)慣調(diào)節(jié) 角度，如圖6所示。

3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及流程圖

依據(jù)系統(tǒng)各部分的功能，結(jié)合結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的思想, 系統(tǒng)軟件可分為如下模塊：

(1)根據(jù)模塊化的設(shè)計(jì)形成的系統(tǒng)初始化，包括數(shù) 據(jù)初始化，端口初始化，液晶顯示初始化，定時(shí)器初始 化，GSM初始化，如圖7所示。

(2)矩陣鍵盤設(shè)定模塊：包括鍵盤掃描，輸人數(shù)據(jù) 并保存，中斷控制的設(shè)計(jì)。如圖8所示。

(3)稱重傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊:通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將 采集到具有重量信息的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。當(dāng) 超過(guò)量程時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警模塊，如圖9所示。

(4)稱重信息的顯示模塊：包括顯示重量信息，顯 示計(jì)算后的總價(jià)，顯示屬于相應(yīng)的編號(hào)，顯示統(tǒng)計(jì)后的 信息。如圖10所示。

(5)電子秤端GSM發(fā)送數(shù)據(jù)模塊和電腦端接收數(shù) 據(jù)模塊：發(fā)送端包括發(fā)送中斷響應(yīng)，設(shè)置短信模式等。 如圖11所示。接收端包括接收中斷響應(yīng)，數(shù)據(jù)解碼，判 斷存儲(chǔ)狀態(tài)等。如圖12所示。

（6）TC35-AT指令模塊：

AT+CPMS優(yōu)先信息存儲(chǔ)。這個(gè)命令定義用來(lái)讀寫 信息的存儲(chǔ)區(qū)域。

AT+CMGF優(yōu)先信息格式。執(zhí)行格式有TEXT方式 和PDU方式。

AT+CSAS保存設(shè)置。保存+CSAS和+CSMP的參

數(shù)。

AT+CMGL列出存儲(chǔ)的信息。AT+CMGS發(fā)送信息

AT+CSMP設(shè)置文本模式的參數(shù)。

AT+CMGD刪除短信息。刪除一個(gè)或多個(gè)短信息。 AT+WMSC信息狀態(tài)(是否讀過(guò)、是否發(fā)送等等)修正。

4.使用方法

與現(xiàn)有電子稱量裝置稱重類似，在稱重之時(shí)學(xué)生 手動(dòng)輸人自己的編號(hào)，系統(tǒng)會(huì)將編號(hào)、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)信息保存到系統(tǒng)中，自動(dòng)將記錄的編號(hào)擴(kuò)大1000倍后再與 重量值相加（本設(shè)計(jì)量程不超過(guò)150公斤，所以重量值 不會(huì)超過(guò)3位數(shù)字）。通過(guò)GSM模塊將統(tǒng)計(jì)好的數(shù)據(jù)輸?shù)诫娔X的接收端。在逐一過(guò)秤之后，接收端的電腦 會(huì)自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)后的數(shù)據(jù)，電腦將傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)除以 1000，得到的商為編號(hào)，余數(shù)為重量值。最后整理成文 本的形式，可以馬上整理出當(dāng)日學(xué)生的總產(chǎn)量、均產(chǎn)量 及最高產(chǎn)量者，節(jié)約人力和時(shí)間，做到高效率。如圖13所示。

5.結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)具有攜帶方便，易于操作的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)測(cè) 試，本重量采集系統(tǒng)測(cè)量精度可達(dá)5g，可實(shí)現(xiàn)稱重、計(jì) 算價(jià)格、統(tǒng)計(jì)總量，發(fā)送數(shù)據(jù)等主控功能。在本設(shè)計(jì)中 還采用漢字液晶屏顯示個(gè)人信息、稱重重量、單價(jià)、總 價(jià)等信息。采用4x4矩陣鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互，操作便 捷，將得到具有個(gè)人信息的數(shù)據(jù)通過(guò)GSM模塊發(fā)送到 電腦中，供后期處理，并具有超量程報(bào)警功能，降低功 耗，延長(zhǎng)電量的使用時(shí)間。對(duì)電路器件進(jìn)行設(shè)備的合理 安置，節(jié)約空間，由此可推廣到郵遞等物流公司及時(shí)將 進(jìn)出貨物的相關(guān)信息傳到后臺(tái)，可滿足正常使用需求。