在生活中，物品的質量起到了決定性誘因，通過檢測質量而決定它自身的價值。在古代，為了對數目的改變進行估測，使用土制用具來對產品交換進行估測。隨著時代的推移，秤也漸漸出現在世人的眼前。依據考古研究，最早出現的檢測儀器出土于古希臘，而最早出現的等臂天平也來自埃及的一座古老墓地中。秤是家家戶戶都能用到的工具，電子秤的發展，也意味著舊式的秤落下了時代的序幕。制做簡單、智能的電子秤無疑是人們的第一選擇，電子秤在市場方面也具有極大的市場價值。
本章通過介紹電子秤的發展歷程，探討了簡易和智能化電子秤的意義，介紹了課題研究背景、電子秤技術等。
1概述課題背景
相對于傳統的計量設備，諸如：吊秤、桿秤、臺秤、案秤、彈簧秤和托盤天平等，這種計量設備都具有很高的計量效率，但是這類稱的計量精度都普遍不太高，而且隨著使用時間的加長，其使用上去也十分不穩定。為此，設計一款基于單片機的電子秤，在滿足計量要求而且計量精度高的應用須要的同時，降低超重報案、去皮、計算總物品的重量和價錢，可以滿足使用者日常的應用須要，也可以提升工作效率。
1.2電子秤發展現況和發展趨勢
發展現況：當前電子秤的發展，電子秤被應用于商業電子秤怎么用和計算，工業等行業，現在，電子秤越來越多的應用到數據估算中，使現今的稱量工藝成為工業、物品運輸、收貨業務和商業等方面中不可或缺的誘因。
電子秤的種類多種多樣，但是還涉入到交易結算和大量顧客的利益，因而成為了各個國家關注和注重的對象，并被稱為是各國強制管理的法定計量工具。電子秤是手動化稱重控制和貿易計量的重要手段，在強化各企管理、生產、貿易結算，運輸、貿易和研究方面都起到了決定性誘因。
發展趨勢：當前的電子秤發展現況隨著科技的不斷進步，人們也漸漸代替了往年舊式的秤，現在的電子秤是由傳感感應，用儀器數字顯示的。電子秤是機械、電子、儀器的集合，具有多種功能可選、稱重質量確切、快速稱重、穩定可靠等特點，代表了電子衡器的發展邁向。電子秤屬于日用衡器，是勞動密集型產品。
2系統方案與功能指標系統方案
本系統采用芯片為主要控制單元，并配有單片機最小系統，由復位模塊，晶振模塊，電源電路模塊，構成了一個最小的主控系統。主控系統以4×4矩陣按鍵作為基于單片機的電子秤系統的控制輸入模塊；以液晶顯示模塊作為單片機為核心的電子秤系統輸出顯示模塊；5KG壓力傳感作為基于單片機的電子秤系統的物品重量模擬量采集模塊；以HX711模塊作為AD模數轉換模塊，把讀取到的物品重量AD值傳給芯片，再通過相關數據公式轉換，把物體的實際重量和物品數目單價通過液晶顯示模塊顯示下來。基于單片機的電子秤系統的硬件設計圖如圖2-1所示。
圖2-1系統硬件總體設計框圖
任務指標系統元件選型及參數介紹主控芯片選擇
基于單片機的電子秤系統主控芯片采用的是STC公司研制的直插40腳芯片。芯片是STC公司研制的新一代中型單片機，其在軟件和硬件方面與MCS-51系列的單片機完全兼容，甚至更強，這類單片機將多功能8位CPU和閃動儲存器組合在單個芯片中，這個類型的單片機也抗干能力很強，數據傳輸速度快，具備高性能的同時，其幀率也低，為好多嵌入式控制系統提供了一個性價比高的方案。
STC公司研制的芯片特征：①52芯片可以在寬電源電流2.7V~6V的電流范圍內工作，以及可以在寬濕度環境-40°C~85°C的水溫范圍內進行工作；②52芯片可以處于全靜態工作模式，可以工作在0Hz~24Hz之間的頻度范圍；③52芯片在指令系統和管腳方面與MCS-51系列的微處理器之間具有挺好的一致性，這就意味著MCS-51系列的微處理器可以在52芯片中直接使用；⑤52芯片支持可以五級加密的程序儲存器；⑥52芯片不支持ALE輸出；⑦52芯片具有電壓保護功能，還能在4kv范圍內對脈沖進行干涉。
STC公司研制的芯片同時也具備特別豐富的資源：①芯片內部擁有128×8位的RAM；②芯片擁有32個可以支持單向輸入輸出的串行引腳（P0、P1、P2和P3的8位I/O端口。P0端口有三態，分別是：高阻，高電平，低電平。P1端口是專門供使用者使用的端口，是一個準單向端口；當系統擴充時，P2端口是芯片的高8位，不做外部擴充時，也是準單向口；③芯片擁有兩個16位的定時器和兩個16位的計數器；④芯片擁有5個中斷源電子秤怎么用和計算，兩級中斷優先級；⑤芯片具有異步通訊插口等多種資源，支持全雙工。
為此，單片機芯片成為了以MCU為核心的電子秤系統的主要控制芯片。直插芯片實物圖如3-1所示。
3.2顯示模塊選擇
按照自己目前所了解的相關電子元元件初步覺得以下兩種的顯示方案適宜作為基于單片機的電子秤系統的顯示模塊：
方案1：
使用數碼管顯示模塊作為基于單片機的電子秤系統輸出顯示模塊，數碼管顯示模塊是一種已集成的驅動器，LED驅動通過3線串行傳輸數據，可與MCU直接相連，使用者可輕松調整其內部參數，完成多個LED顯示。整個數碼管顯示模塊的四線串行插口可以級聯多個數碼管顯示模塊，達到多個數碼管同時使用還不占用芯片資源的用處。
數碼管顯示模塊可以工作在0°C~70°C的水溫范圍。數碼管顯示模塊實物圖如圖3-2所示。
方案2：
芯片使用方式都是相同的，LCD顯示作為基于單片機的電子秤系統輸出顯示模塊，液晶顯示模塊作為各種單片機實物設計的常用顯示屏，是一種專門用于顯示單元、字母和符號等的顯示屏，表示LCD能顯示的內容為16×2，也就是說顯示模塊可以顯示兩行字符，每一行字符可以顯示16個字符；的LCD模塊的讀寫操作、顯示屏和光標操作均由程序控制（1表示高，0表示低）。
液晶模塊實物如圖3-3所示。
方案3：
使用液晶顯示模塊作為基于單片機的電子秤系統輸出顯示模塊，液晶顯示模塊和液晶顯示模塊一樣是各種單片機實物設計的常用顯示屏。液晶顯示模塊也是點陣式液晶顯示模塊，其由12864個液晶顯示點組成一個128列×64行的陣列，每一個點都對應這一個二補碼數。
液晶顯示模塊的各項參數：其工作電流在+3.3V~+5.5V之間；顯示幀率為128×64點；液晶顯示模塊內部自帶漢字字庫，提供8192個16×16的點陣漢字（支持簡體字）；液晶模塊內部存在128個16×8點陣字符；液晶顯示模塊支持的時鐘頻度可達2MHz；液晶顯示模塊支持STN、半透和正顯等顯示方法；支持1/和1/5BIAS驅動形式；液晶顯示模塊支持串行和并行等通訊方法。液晶顯示模塊實物如圖3-4所示。
最后，通過三個方案的顯示模塊進行對比，數碼管顯示模塊只能顯示數字、一些常用的字母以及某些字符；液晶顯示模塊可以顯示大多數的數字、字母和符號等；液晶顯示模塊可以顯示數字、字母和英文。結合實際并結合自身的能力，從性價比和使用角度考慮，覺得液晶顯示模塊更適宜當前基于單片機的電子秤系統課題的須要，并且液晶顯示模塊可以顯示16×8的字符，也能更好的滿足電子制做者的需求，所以基于單片機的電子秤系統選用液晶顯示模塊作為輸出顯示模塊。
壓力傳感
對于基于單片機的電子秤系統的重力檢測方案，通過查資料和相關文獻了解了壓力傳感，基于單片機的電子秤系統采用的是5Kg的壓力傳感。基于單片機的電子秤系統使用的是5Kg的壓力傳感的支架半徑為10cm，半徑包含托盤半徑；5Kg的壓力傳感的電流為3.3V或5V；最大量程可達5Kg。所使用的壓力傳感容積小，重量也很輕，結構也簡單，使用也非常可靠。5Kg的壓力傳感實物如圖3-5所示。
采集模塊選擇
對于基于單片機的電子秤系統的重力AD數據采集方案，通過查資料和相關文獻了解了，基于單片機的電子秤系統采用的是與5Kg的壓力傳感相配套的HX711模塊。
HX711芯片是一款由海芯科技研制的專為電子稱而設計的高精度的24位A/D轉換芯片。HX711模塊使用并口通信線是由SCK引腳和DT引腳組成，其可以拿來數據輸出，同時也是拿來選擇訊號輸入通道和增益大小的引腳，比如當DT引腳使能為高電平時，說明模塊的A/D轉換器還未打算好輸出數據等。HX711模塊集成了穩壓電源、片內時鐘振蕩器等芯片須要的外圍電路，相對于其他同類型的模塊，HX711芯片提供了可以提升整個系統的性能和可靠性。
HX711模塊的重要電氣參數：①HX711模塊的滿額度差分輸入范圍為：±0.5V；②輸入串擾電流范圍在AGND+1.2V，AVDD-1.3V；③輸出的數據二補碼進制編碼在~之內；④模塊輸入串擾訊號的抑制比是100dB；⑤輸出參考電流為1.25V。
HX711模塊的特征：①HX711模塊可以選擇兩路差分輸入；②HX711模塊由片內低噪音可編程放大器，可選增益有32、64和128；③HX711模塊內部的穩壓電路可以直接向外部傳感和A/D轉換器提供電源；④片內的時鐘振蕩器無需任何外接家電，必要時也可以接外部時鐘；⑤HX711模塊上電手動復位；⑥HX711模塊支持10Hz或則60Hz的輸出數據速度；⑦HX711模塊可以同步抑制50Hz和60Hz的電源干擾；⑧HX711模塊可以工作在2.6V~5.5V的電流范圍和-40°C~+85°C的水溫范圍。
HX711模塊實物圖如圖3-6所示。
圖3-6HX711模塊實物圖
系統硬件電路設計主控系統電路
主控電路由直插芯片、DC-5V開關電路、電源指示燈模塊、復位電路、起振電路組成一個最小系統。復位電路采用了一個10K直插內阻和一個10uF的鋁電解電容，由此可以估算出系統的復位時間為T=RC=10ms；起振電路采用的是12MHz的晶振芯片和兩個30pF的獨石電容組成，選擇晶振12MHz是由于其才能確切的界定時鐘頻度，與并口通訊的碼率有很大的關系，其參數對于較高的碼率估算比較確切，12MHz晶振對于芯片的定時器來說也有很大的影響，由于用其估算的的定時器年率都是整數的，假如使用12MHz的晶振，對于碼率的估算和定時器的終值估算都存在一定的變差，并且在偏差范圍內；同時電源指示燈是拿來提示整個主控系統有沒有正常工作，以及獨立的程序燒錄插口，便捷在編程過程中對系統程序進行燒錄和擦除；DC-5V開關電路使用一個DC-5V電源插口，再接一個開關作為系統的電源開關，用以控制整個系統的電源輸入，便捷使用前后的斷電和上電。主控系統電路如圖4-1所示。
圖4-1主控系統電路圖
采集電路
AD采集電路使用的是5Kg壓力傳感和5Kg壓力傳感相配套的HX711模塊，HX711模塊使用串行的形式和單片機進行通訊和聯接。單片機通過給HX711模塊時鐘訊號，HX711模塊收到訊號都會正常工作，當給5Kg壓力傳感放上一定重量的物品，傳感采集的模擬量傳給HX711模塊，HX711模塊內部的放大電路會把采集到的模擬量進一步放大，再放大的模擬量進行模/數轉換得到AD值，HX711模塊借助數據線把AD數值傳給芯片，芯片把讀取到的AD值在內部借助轉換公式再把AD值進行重量轉換就可以到得物品的實際重量。
AD采集電路聯接電路如圖4-2所示。
圖4-2AD采集電路聯接電路圖
矩陣按鍵電路
矩陣按鍵電路采用的是4×4矩陣按鍵，通過并行與芯片的P3端口進行聯接，芯片內部仍然使用端口電平進行列/行掃描能夠讀取那種按鈕按下。使用4×4矩陣按鍵是由于可以使用多個按鈕設定不同的功能，便捷可以輸入不同的數值和實現不同的鍵盤功能。4×4矩陣按鍵聯接電路如圖4-3所示。
圖4-34×4矩陣按鍵聯接電路圖
顯示電路
液晶顯示模塊采用總線并行形式與單片機通訊。通過剖析液晶顯示模塊讀寫操作時序圖，寫指令時只要單片機給液晶顯示模塊的RS端使能高電平、RW和EN端使能為低電平，就可以把指令數據送到D0~D7；寫數據時；寫數據時：液晶顯示模塊的RS、RW和EN都要使能為低電平，就可以把數據送到D0~D7用以顯示下來。同時要給液晶顯示模塊的對比度
引腳接上一個電位器，用于調節液晶顯示器對比度。12864顯示聯接電路如4-4所示。
圖4-4顯示聯接電路圖
