0引言
传统的秤属于衡器的一种，是利用胡克定律或力的杠杆平衡原理测定物体质量的工具[1]。在日常生活和工业生产中，称重系统与各行各业密切相关。快速准确地测量物体的重量尤为重要。随着电子技术的飞速发展以及各种传感器的广泛应用，传感器技术和微控制器相结合，数字式、多样式、高精度称重是称重系统主要的发展方向[2]。本设计利用STC89C51单片机微控制器作为主控制器设计了一个电子称重系统，结合语音播报功能，实现称重系统的各项功能和所称物品重量的及时播报，稳定可靠，实用性强。
1系统设计方案
1.1系统总体结构
系统总体电路结构如图1所示：

系统整体框图由主控制器、称重模块、A/D转换、显示屏、矩阵键盘、存储器、语音播报组成。
该系统主要使用由电阻应变计制成的称重模块来收集称重引起的压力变化，并转化为电压信号的变化的特性，模拟量经过放大和模数转换处理后转换为数字量，然后送往微控制器，得到物体重量并存储。通过键盘输入装置，实现人机交互，同时配合语音芯片发音，使其具有称重计价、金额累加、去皮和语音播报的功能，同时处理后的数据送到显示屏中显示。
1.2系统模块设计
1.2.1主控制器
综合考虑到电子秤的成本与功耗,本智能电子秤的主控制模块采用51系列单片机STC89C51RC,它是一款8位单片机,功能强大、价格低廉,完全能够满足性能要求。
1.2.2称重和A/D转换模块
本设计采用电阻应变片制作的全桥惠斯通电路称重模块，其由于承受物体重量而将等效于物体重量的压力转换成电压信号，实现被测物体的重量变换成电信号的输出。
称重模块的电路结构如图2所示：

微控制器只能处理数字信号，本设计选用HX711芯片进行A/D转换，HX711先将模拟信号进行放大，再将电压信号变化的拟量转化为数字量，送往单片机去处理。HX711是一款24位A/D转换器芯片，与微控制器芯片的接口和编程简单，数据精度高，为整体系统的设计提高了性能和可靠性。
1.2.3按键模块和存储器
电子秤需要设有置单价（十个数字键）的功能，还具有设置、单价、累计金额的功能键，总共需设置14个键。为最大化使用微控制器的I/O口资源。,提高微控制器I/O口的利用率，本设计使用4*4的矩阵键盘电子称按键功能分配如表1所示：

本设计的存储器用来存储通过矩阵键盘输入被称物体的单价，以便在称重后得到重量的同时系统能够计算金额并实现累加。AT24C02是使用I2C通信的串行E2PROM存储器件，具有数据掉电不丢失的特点，故选用AT24C02作为存储设备。
1.2.4显示模块和语音播报设计
本设计使用0.96寸高亮度、低功耗分辨率为128*64的OLED液晶模块作为显示。其内部驱动ICSSD1306具有升压功能，不需再设计升压电路。
本设计的语音报价模块采用NY3P035AP8语音芯片来实现，此芯片可以一次性烧录的语音芯片，能够提供优良的音质，共有32段预设语音，通过sda端发送N个100ms脉冲，N对应语音地址，每段地址预设了一段语音，所以可以通过输出脉冲控制语音信号。
1.2.5整体电路设计

2系统软件设计
系统的软件部分如图4所示，系统上电后，首先执行各个外设模块的初始化程序，初始化包括各个模块内部功能的选择设置和与主控芯片连接的IO口模式的设置，然后系统进入显示界面。初始化结束后该系统会读取当前的A/D值作为零重量的A/D值（取零点），在取完零点后进入初始界面，如显示项目等。再进行按键检测，不断扫描各个功能键是否被按下，若有其中一个功能键被按下，微控制器立即进行数据处理，显示屏即显示按键触发的电子称的功能。若未有按键按下，系统只显示初始界面。

3功能测试
准备好砝码直接使用砝码作为待测物体，砝码质量以20克为步长，从被测砝码从10克递加至130克，通过显示屏和语音播报获取并记录数据。
测试结果如表2所示：

通过对数据分析，在0-130g测量范围内，平均误差在0.04-0.15g,语音播报准确率为100%。产生测量误差的主要原因来源于设计电路中称重传感器的灵敏度受环境湿度、温度的影响，导致称重模块的输入与输出线性度降低，而产生测量误差。
4结语
本文设计了一种基于微控制器的语音电子秤,从硬件电路以及软件进行了完整的设计,并制作出了实物。该电子秤运行稳定、性能可靠,具有成本低、功能强、电路简单、实用性强等特点,在一定程度上能满足实际需求,因此具有一定的应用前景和现实意义。
 

本文源于网络转载，如有侵权，请联系删除