全国大学生电子设计竞赛简易电子秤(d题)

2016年全国大学生电子设计竞赛简易电子秤（D题）高职组摘要：系统以STC12LE5A60S2单片机为主控器，设计一款一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤。该系统包括单片机主控模块、重量传感器模块、语音模块、键盘输入模块、显示模块、电源模块。重量传感器完成被测物体的重量信息采集；独立式按键设定被测物的单价；采用直流稳压输出电源5V和3V为系统提供工作电源。系统制作成本较低、工作性能稳定，能很好达到设计要求。关键词：HX711、WTV020-SD语音模块。目 录1设计任务与要求11.1设计任务11.2技术指标11.3题目评析12方案比较与选择22.1 单片机模块选择22.2 压力传感器选择22.3 PCA和AD转换模块的选取22.4 语音模块选择22.5 输入按键模块选择32.6 电源模块选择32.7 显示模块选择33 电路系统与系统设计33.1 系统总体设计33.2 单片机最小系统设计43.3 压力传感器模块设计43.4 语言模块设计43.5 输入按键模块设计3.6 电源模块设计53.7 显示模块设计63.8 程序设计64系统测试75总结9参考文献10附录 系统原理图111设计任务与要求1.1设计任务设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子秤，电子秤的结构如下图1。所示。图1：电子秤的结构图1.2技术指标（1）电子秤可以数字显示被称物体的重量，单位克（g）；（2）电子秤称重范围5.00g500g；重量小于50g，称重误差小于0.5g；重量在50g及以上，称重误差小于1g。 （3）电子秤可以设置单价（元/克），可计算物品金额并实现金额累加。（4）电子秤具有去皮功能，去皮范围不超过100g（5）其他。 （6）设计报告： 1.3题目评析根据设计要求，对题目评析如下：本题的重点： 设计合适的机械结构，选择适当的压片器。 传感器灵敏度的选择。本题的难点： 减小测量误差。2方案比较与选择2.1单片机模块选择方案一：采用STC公司生产的STC12LE5A60S2芯片，这块单片机单指令周期而且是低压3.3V工作，满足对于SD卡的3.3V电平。方案二：采用STC公司生产的STC89C252RC芯片，它的指令代码完全兼容传统8051且单片机程序编写简单、价格低廉。 对比两个方案，综合考虑系统需要，方案一能满足系统控制要求。2.2压力传感器选择方案一：采用的是惠更斯电桥，当弹性承受载荷产生变形时，电阻应变片（转换元件）收到拉升或压缩应变片变形后，他的阻值将发生变化（增大或减小）。从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。 方案二：采用四个应变式压力体重传感器组成全桥电路，这样对压力的灵敏度将会比惠更斯电桥增加一倍以上，这样测量的精度将更加准确，而且机械滞后小、横向效应小以及本身体积小。 综合上述两种方案，我们采用全桥电路模型的压力传感器，称重范围为5Kg，满足题目要求的1kg5kg的测量范围。2.3PCA和AD转换模块的选取方案一：采用精密仪放对压力转换的模拟信号进行固定增益放大,然后外接高精度的AD模块对其进行AD转换成数字信号交给单片机进行处理。方案二：采用集成芯片HX711，其内部自PGA和24位AD,24位的精度完全能够准确的分辨出题设中的1g的精度变化。 综上所述，我们选取方案二,因为方案二采用的集成芯片不但简单而且高效，相比方案一节省了很多电路的调试时间而且降低了实物制作的面积。2.4语音模块选择方案一：采用WTV020-SD语音模块,它是一款可重复擦写语音内容的大容量存储类型的语音模块。方案二：采用WT588D语音模块，芯片功能强大，但是价格较高。综合上述两种方案我们最终选取方案一，此方案能够满足系统的要求而且性价比较高。2.5输入按键模块选择方案一：采用按键矩阵的方式，这样可以大大减少I/O口的使用同时增加I/O口的复用。方案二：采用单独的按键控制，这样的优点是程序代码简单，但是因为实际所需要的按键过多，这样就增加了单片机I/O口的使用。综合上述两种方案我们最终选取方案一，此方案使我们能够减少单片机I/O口的使用，节省了I/O资源。2.6电源模块选择方案一：采用直流稳压电源。线性稳压电源制作简单，输出稳定，但价格较高。方案二：采用开关电源。开关电源功率大，效率高，性价比相对较高综合考虑，方案二可以满足系统要求。2.7显示模块选择方案一：采用LED1602显示屏，它的优点是其外围电路简单，程序代码简单，缺点是显示范围小不支持中文显示。方案二：采用LCD12864显示屏，它显示范围大且支持中文显示。综合考虑，我们选择了方案二，因为它支持中文显示可以满足系统要求。3电路系统与程序设计 3.1系统总体设计 选择STC12LE5A60S2作为主控MCU，通过独立按键来设定被测物体的单价，单片机通过重量传感器采集重量信息，通过语言模块提示和LCD12864液晶进行实时显示数据。系统硬件总体框图如3.1所示：图3.1：系统硬件总体框图3.2单片机最小系统设计 STC12LE5A60S2单片机最小系统，就是使单片机正常运行的最低配置：它有复位系统和时钟系统两个系统构成：3)电源系统：VCC,和 GND引脚，供电电压3.3V.STC12LE5A60S2单片机最小系统电路图如图3.2所示。图3.2: 单片机最小系统电路图3.3压力传感器模块设计 HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。HX711的外围电路如图3.3所示图3.3:压力传感器模块电路图3.4语言模块设计WTV020-SD语音模块原理图如图3.4.图3.6: WTV020-SD语音模块模块电路图3.5输入按键模块设计 矩阵按键控制模块的连接如图3.5所示。 图3.5:输入按键模块电路图3.6电源模块设计 电源模块用于为系统中各个部分提供稳定可靠的电压,电源电路是一个设计中最关键的部分，各个模块要想正常工作都需要提供合适的电源。相应的电源模块的原理设计如图3.6所示（输出5V电源和3V电压）。图3.6:电源模块电路图3.7显示模块设计 LCD-12864是一种图形点阵液晶显示。LCD12864特性：工作电压为+5V±10% 显示内容：240×128点，可显示15个(/行)X8共120个(16×16点阵)的中文字符图3.7: LCD12864电路图其接口电路如图3.7所示。3.8程序设计 程序流程如图3.8所示图3.8: 程序流程图4系统测试开始加入50g的砝码，每次增加50g,共测试5次，以便了解精准度。 测量次数12345实际重量(g)测量重量(g)测量误差(g)物体单价(g/元)最终价格(元)5总结经过一个星期的制作，我们最终顺利的完成了题目实物的制作。系统是以STC12LE5A60S2为主控芯片，通过压力传感器和HX711芯片将压力转化为数字信号并传给MCU进行处理，最终还原本来的重量进行显示，同时添加语音功能和WIFI功能使电子秤更加人性化和实用化。参考文献附录7