全国大学生电子设计竞赛简易电子秤

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 STC12LE5A60S单2 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 错 误 !未定义书签。2.3 PCA和AD 转换模块的选取 错误!未定义书签。2.4 语音模块选择 错 误 !未定义书签。2.5 输入按键模块选择 错 误 !未定义书签。2.6 电源模块选择 错 误 !未定义书签。2.7 显示模块选择 错 误 !未定义书签。3 电路系统与系统设计 错 误 !未定义书签。3.1 系统总体设计 错 误 !未定义书签。3.2 单片机最小系统设计 错 误 !未定义书签。3.3 压力传感器模块设计 错 误 !未定义书签。3.4 语言模块设计 错 误 !未定义书签。3.5 输入按键模块设计 3.6 电源模块设计 错 误 !未定义书签。3.7 显示模块设计 错 误 !未定义书签。3.8 程序设计 错 误 !未定义书签。4 系统测试 错 误 !未定义书签。5 总结 错 误 !未定义书签。参考文献 错 误 ! 未定义书签。附录 系统原理图 错 误 !未定义书签。1 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 STC12LE5A60S芯2 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STC12LE5A60S单2 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.STC12LE5A60S单2 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 +5V10% 显示内容： 240128 点，可显示 15 个（/ 行）X8共 120个（16 16 点阵）的中文字符其接口电路如图 3.7 所示。图 3.7: LCD12864 电路图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/最终价格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 STC12LE5A60S为2 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