基于单片机的电子秤设计与制作

马欣如

（辽宁科技大学电子与信息工程学院 辽宁省鞍山市 114051）

电子秤在我们生活中使用价值越来越大，是我们在生活中必不可少的称量衡器。它被广泛用于许多领域，例如作为生活用品应用于超市中，作为实验室设备应用于实验等等。随着技术的不断创新，现在的电子秤具备的功能更多，不像传统称重衡器那样单一。

1 电子秤的设计要求

设计电子秤有以下几个基本要求：

（1）电子秤能够实现基本的计量称重功能（称重范围为0～30kg，重量误差不大于±0.005kg）；

（2）电子秤的计量单位为元，能够测量的最大金额为999.99元，金额误差小于等于0.01 元；

（3）系统超出最大测量范围30kg 时，具有警报提示功能；

（4）该电子秤设计同时具备去皮功能和重量校准功能；

2 电子秤的设计原理

电子秤系统主要由单片机最小系统模块、数据采集与转换模块、矩阵键盘模块、LCD 液晶显示模块、报警系统模块五大模块组成。

首先是将被测物放在称重的托盘上，被测物的压力通过压敏电阻传感器，此时传感器会产生弹性形变，改变其本身的电阻阻值，同时输出与被测物体重量成正比的模拟电压信号，该模拟电压信号被放大器线性放大后，经过HX711 模拟数字转换芯片转换成可用的数字信号。其次由单片机对其进行程序处理，物品的质量、单价和总价均可以在电子秤的显示屏上被显示出来。最后通过人机交互部分及矩阵键盘的设置，从而改变总价。

现在的技术相对而言比较复杂，主要以模块化为主，先简单化完成各部分的主要设计，再连接各部分模块组合成一个完整的设计。

除此之外，在原有的电子秤基础上，加上一个超重模块，当被测物品的重量超过电子秤所能承受的最大重量时，蜂鸣器会发出声音同时LED 信号灯闪烁，若想使电子秤恢复正常减轻被测物品重量即可。电子秤的硬件结构图如图1所示。

3 器件的选型

设计该电子秤时，考虑多方面因素，在信息控制处理模块主要使用了AT89C51 单片机。因为经过与不同类型的单片机进行比较，AT89C51 单片机相对来说操作简单且功能多样，性能较为稳定，而且成本较低。

电子秤的设计，关键是称重传感器专用模拟／数字转换芯片，为达到本设计的高精度和高稳定性要求，系统采用片内集成稳压电源、时钟振荡器等电路的高集成度24 位A/D 转换芯HX711，其编程简单、响应速度快，使用时无需外接元件，并具备上电自动复位功能。其引脚名称与性能如表1所示。

4 主程序流程图

图2给出了单片机程序设计的流程图。

首先对单片机、液晶屏进行初始化，然后打开AT89C51 单片机的中断T0 和T1，读取由A/D 转换器转换而来的数据，判断是否超过最大量程，如果超过30kg 就发出报警，没有超出量程就显示被测物的质量。然后再判断按键按下的功能，最后计算出总价。

图1：电子秤的硬件结构图

图2：主程序流程图

5 电路设计与仿真分析

5.1 电子秤仿真图

如图3所示。

5.2 传感器电路图及测量电路图

点击Proteus 软件左下角运行按钮，运行仿真。LCD1602 液晶显示：Welcome to Use Electronic Scale.

紧接着，一声提示音过后，红色LED 信号灯点亮，LCD 显示重量、单价和总价，数值均为0。此时，系统处于等待货物称重的状态。LCD 显示的3 个参数分别是：WE（Weight，重量的缩写）、PR（Price,单价的缩写）和MONEY（表示总价）。

按下‘重量+’或‘重量-’键，模拟货物称重，称重范围为：0～30Kg。重量若大于30Kg，超重报警，蜂鸣器会发出声音同时红色LED 信号灯闪烁，LCD 中WE 显示：-.-。

5.3 按键电路

通过矩阵键盘输入单价（PR），最大输入单价为99.99，可以输入小数点，单价设置精确到分。比如输入6.35 元，输入数字键6、圆点键和数字键3、数字键5 即可。

表1：HX711 引脚与性能

图3：电子秤仿真图

单价输入完成，在LCD 显示屏上自动显示总价（MONEY），总价可以精确到小数点后2 位；总价最大为999.99 元，大于该值，LCD 显示‘-.-’表示超出显示量程。

系统具有校准功能，通过‘校准+’和‘校准-’两个键，可以小范围（按下1 次，重量显示改变0.001Kg）校准电子秤显示的货物重量。

货物称重完成后，点击‘清除’键，清除单价和总价，点击‘去皮’键清除重量显示，注意去皮键兼具清除重量显示的功能；然后就可进行下次称重了。

6 总结

随着社会的进步、科技的不断发展，电子称重衡器在不断的创新发展浪潮中得以新生，逐渐变得更加先进化、智能化。基于AT89C51 单片机设计的电子秤在技术性能上，具有精度更高、速率更快的特点，而模块化的设计使得该产品具有通用性、灵活性和稳定性，只需稍加修改和扩展，即可具有广泛的推广和应用价值，使电子称重衡器得到更好的发展。