介紹一款以STC89C52RC單片機為控制器，利用電阻應(yīng)變片為稱重傳感器的電子稱設(shè)計方法。受力改變應(yīng)變片的阻 值，進而改變輸出電壓。通過建立數(shù)學(xué)模型，使輸出電壓與壓力成線性關(guān)系，從而得到物體質(zhì)量。稱重傳感器在受到壓力時 形變量小，輸出的電壓信號微弱，采用高精度轉(zhuǎn)換芯片HX711將信號放大并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，使轉(zhuǎn)換數(shù)值與物重相對應(yīng)，并用 12864液晶屏顯示。根據(jù)現(xiàn)實需求，電子稱可實現(xiàn)計價和超重報警等功能。

1.引言

電子稱是目前電子設(shè)計的一個熱門課題，它在日 常生活、環(huán)境保護、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防和科研等領(lǐng)域應(yīng)用廣 泛。隨著集成電路技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有很 多基于數(shù)模混合電路的電子稱設(shè)計。設(shè)計一般采用電 阻應(yīng)變片作為稱重傳感器，由于應(yīng)變片具有一定的非線 性，使得測量精度受到一定限制。研制造價低、精度高、功 能強的電子稱是電子工程師一貫追求的目標。

本文設(shè)計的電子稱如圖1所示，該系統(tǒng)以 STC89C52RC芯片為主控單元，并由稱重傳感器、信號放 大和模數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示器等部分構(gòu)成。特別地，通過采用 高精度AD轉(zhuǎn)換芯片HX711和電阻應(yīng)變片組成的全橋電 路，提高了稱重精度和抗干擾能力。

2 .理論基礎(chǔ)

2.1稱重傳感器原理

電阻應(yīng)變式傳感器是將被測量的力通過金屬彈 性形變轉(zhuǎn)換成電阻變化的器件，由電阻應(yīng)變片和測量電 路兩部分組成。本文采用的是電阻應(yīng)變片，電阻絲排成 網(wǎng)狀以獲得高阻值，電阻絲兩端引出導(dǎo)線，線珊上面有覆 蓋層，起保護作用。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于電阻 應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機械形變時，它的電阻值發(fā)生相 應(yīng)改變。

設(shè)有一根電阻絲，它在未受力時的原始電阻值為：

3.硬件設(shè)計

物體的重量使傳感器發(fā)生形變，阻抗就會發(fā)生變化， 產(chǎn)生一個變化的模擬信號，該模擬信號需要由放大電路放 大后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入到微處理 器處理。微處理器根據(jù)鍵盤命令以及程序?qū)⒔Y(jié)果輸出到 顯示器上，如圖3所示。

3. 1單片機STC89CS2RC最小系統(tǒng)

STC89C52RC是一種低功耗、高性能CMOS8位微控 制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器、512字 節(jié)RA、32位I/O 口線、內(nèi)置4 KB EEPROM、個16位定 時器/計數(shù)器、個外部中斷結(jié)構(gòu)和全雙工串行口。另夕卜， STC89C52RC可降至0 Hz靜態(tài)邏輯操作，可選擇節(jié)電模 式。圖4所示為STC89C52RC的最小系統(tǒng)，是片內(nèi)有 ROM/EPROM的單片機，其最小系統(tǒng)簡單可靠，僅由時 鐘電路、復(fù)位電路和電源電路構(gòu)成。

3.2 HX711外圍電路

HX711作為一款專為高精度稱重傳感器設(shè)計的24位 A/D轉(zhuǎn)換芯片，集成度高、響應(yīng)速度快、且抗干擾能力 強。自帶的穩(wěn)壓電源可直接向傳感器和片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換 器提供電源，而無需另外的模擬電源。HX711芯片內(nèi)部的時鐘振蕩器不需要任何外接器件，具備上電自動復(fù)位功 能，該功能簡化了開機的初始化過程。其外圍電路如圖5 所示。

3.3顯示電路與單片機接口電路

LCD12864液晶的顯示分辨率為128X64，內(nèi)置8 192個 16X16點漢字和128個16X8點ASCII字符集。采用 LCD12864顯示，利用該模塊靈活的接口方式和簡單方便 的操作指令，可以顯示8X4行16X16點陣的漢字，也可 完成圖形顯示，構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。 LCD12864與單片機的連接如圖6所示。

3.4鍵盤電路與單片機接口

設(shè)計按鍵數(shù)量較多，為了減少I/O 口的占用，將按鍵 排列成矩陣形式。設(shè)計采用矩陣式鍵盤，每條水平線和垂 直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。 這樣一個端口就可以構(gòu)成3X4=12個按鍵，比直接將端 口線用于鍵盤多出一倍，且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯。鍵盤 為4X4鍵盤，包括數(shù)字鍵及功能鍵，鍵盤電路與單片機接 口電路如圖7所示。

3.5報警電路

當電路檢測到稱重的物體超過儀器的測量范圍時，將 產(chǎn)生一個信號給報警電路，使其報警從而提醒工作人員注 意，超限報警電路如圖8所示。

4.軟件設(shè)計

軟件部分主要實現(xiàn)鍵盤的設(shè)置和顯示，流程如圖9所示。

1）鍵盤實現(xiàn)功能：去皮，設(shè)定單價。

2）顯示部分：顯示重量、單價和總額。

5.測試及結(jié)果分析

5.1測試方案

硬件接通上電后，檢驗各模塊是否正常，用萬用表測 量電路焊接和連接是否正確，檢驗顯示功能、鍵盤功能是 否正常。用仿真軟件 Protues 畫出電路圖，將程序燒進仿 真軟件，觀察所需功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)，并進行軟件改寫和 重復(fù)仿真，不斷觀察其效果。

將驗證的硬件電路搭建好并上電，將程序?qū)戇M單片 機，用標準的砝碼來測試和調(diào)節(jié)電子秤的準確性，記錄每 個砝碼組合的標準重量和實測值，用軟件將誤差調(diào)到最 小，以達到最佳稱重效果。

5.2結(jié)果與分析

經(jīng)過軟硬件調(diào)試及數(shù)據(jù)分析和矯正，電子秤基本 實現(xiàn)了稱重（去皮稱重）、顯示和超限報警等功能。稱重誤 差在允許范圍之內(nèi)，達到了預(yù)期目標：稱重小于50 g,稱重 誤差小于0. 5 g;稱重在50 g及以上，稱重誤差小于1 g,如 表1所示。電子稱可以設(shè)置單價（元/克），可計算物品金 額并實現(xiàn)金額累加；電子稱實現(xiàn)了去皮功能。

6.結(jié)論

設(shè)計一款基于STC89C52RC單片機的電子稱，詳細 介紹了電子稱的硬件電路、軟件實現(xiàn)和調(diào)試過程。經(jīng)測試 表明，系統(tǒng)具有可靠性高、準確度高、抗干擾能力強和成本 低等優(yōu)點，可在日常生活、工業(yè)現(xiàn)場和實驗室等各種場合 推廣應(yīng)用。