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0引言
傳統(tǒng)的秤屬于衡器的一種，是利用胡克定律或力的杠桿平衡原理測定物體質(zhì)量的工具[1]。在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，稱重系統(tǒng)與各行各業(yè)密切相關(guān)。快速準(zhǔn)確地測量物體的重量尤為重要。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及各種傳感器的廣泛應(yīng)用，傳感器技術(shù)和微控制器相結(jié)合，數(shù)字式、多樣式、高精度稱重是稱重系統(tǒng)主要的發(fā)展方向[2]。本設(shè)計(jì)利用STC89C51單片機(jī)微控制器作為主控制器設(shè)計(jì)了一個(gè)電子稱重系統(tǒng)，結(jié)合語音播報(bào)功能，實(shí)現(xiàn)稱重系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和所稱物品重量的及時(shí)播報(bào)，穩(wěn)定可靠，實(shí)用性強(qiáng)。
1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總體電路結(jié)構(gòu)如圖1所示：

系統(tǒng)整體框圖由主控制器、稱重模塊、A/D轉(zhuǎn)換、顯示屏、矩陣鍵盤、存儲(chǔ)器、語音播報(bào)組成。
該系統(tǒng)主要使用由電阻應(yīng)變計(jì)制成的稱重模塊來收集稱重引起的壓力變化，并轉(zhuǎn)化為電壓信號的變化的特性，模擬量經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后送往微控制器，得到物體重量并存儲(chǔ)。通過鍵盤輸入裝置，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，同時(shí)配合語音芯片發(fā)音，使其具有稱重計(jì)價(jià)、金額累加、去皮和語音播報(bào)的功能，同時(shí)處理后的數(shù)據(jù)送到顯示屏中顯示。
1.2系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)
1.2.1主控制器
綜合考慮到電子秤的成本與功耗,本智能電子秤的主控制模塊采用51系列單片機(jī)STC89C51RC,它是一款8位單片機(jī),功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉,完全能夠滿足性能要求。
1.2.2稱重和A/D轉(zhuǎn)換模塊
本設(shè)計(jì)采用電阻應(yīng)變片制作的全橋惠斯通電路稱重模塊，其由于承受物體重量而將等效于物體重量的壓力轉(zhuǎn)換成電壓信號，實(shí)現(xiàn)被測物體的重量變換成電信號的輸出。
稱重模塊的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示：

微控制器只能處理數(shù)字信號，本設(shè)計(jì)選用HX711芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，HX711先將模擬信號進(jìn)行放大，再將電壓信號變化的擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，送往單片機(jī)去處理。HX711是一款24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，與微控制器芯片的接口和編程簡單，數(shù)據(jù)精度高，為整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提高了性能和可靠性。
1.2.3按鍵模塊和存儲(chǔ)器
電子秤需要設(shè)有置單價(jià)（十個(gè)數(shù)字鍵）的功能，還具有設(shè)置、單價(jià)、累計(jì)金額的功能鍵，總共需設(shè)置14個(gè)鍵。為最大化使用微控制器的I/O口資源。,提高微控制器I/O口的利用率，本設(shè)計(jì)使用4*4的矩陣鍵盤電子稱按鍵功能分配如表1所示：

本設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)通過矩陣鍵盤輸入被稱物體的單價(jià)，以便在稱重后得到重量的同時(shí)系統(tǒng)能夠計(jì)算金額并實(shí)現(xiàn)累加。AT24C02是使用I2C通信的串行E2PROM存儲(chǔ)器件，具有數(shù)據(jù)掉電不丟失的特點(diǎn)，故選用AT24C02作為存儲(chǔ)設(shè)備。
1.2.4顯示模塊和語音播報(bào)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)使用0.96寸高亮度、低功耗分辨率為128*64的OLED液晶模塊作為顯示。其內(nèi)部驅(qū)動(dòng)ICSSD1306具有升壓功能，不需再設(shè)計(jì)升壓電路。
本設(shè)計(jì)的語音報(bào)價(jià)模塊采用NY3P035AP8語音芯片來實(shí)現(xiàn)，此芯片可以一次性燒錄的語音芯片，能夠提供優(yōu)良的音質(zhì)，共有32段預(yù)設(shè)語音，通過sda端發(fā)送N個(gè)100ms脈沖，N對應(yīng)語音地址，每段地址預(yù)設(shè)了一段語音，所以可以通過輸出脈沖控制語音信號。
1.2.5整體電路設(shè)計(jì)

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件部分如圖4所示，系統(tǒng)上電后，首先執(zhí)行各個(gè)外設(shè)模塊的初始化程序，初始化包括各個(gè)模塊內(nèi)部功能的選擇設(shè)置和與主控芯片連接的IO口模式的設(shè)置，然后系統(tǒng)進(jìn)入顯示界面。初始化結(jié)束后該系統(tǒng)會(huì)讀取當(dāng)前的A/D值作為零重量的A/D值（取零點(diǎn)），在取完零點(diǎn)后進(jìn)入初始界面，如顯示項(xiàng)目等。再進(jìn)行按鍵檢測，不斷掃描各個(gè)功能鍵是否被按下，若有其中一個(gè)功能鍵被按下，微控制器立即進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，顯示屏即顯示按鍵觸發(fā)的電子稱的功能。若未有按鍵按下，系統(tǒng)只顯示初始界面。

3功能測試
準(zhǔn)備好砝碼直接使用砝碼作為待測物體，砝碼質(zhì)量以20克為步長，從被測砝碼從10克遞加至130克，通過顯示屏和語音播報(bào)獲取并記錄數(shù)據(jù)。
測試結(jié)果如表2所示：

通過對數(shù)據(jù)分析，在0-130g測量范圍內(nèi)，平均誤差在0.04-0.15g,語音播報(bào)準(zhǔn)確率為100%。產(chǎn)生測量誤差的主要原因來源于設(shè)計(jì)電路中稱重傳感器的靈敏度受環(huán)境濕度、溫度的影響，導(dǎo)致稱重模塊的輸入與輸出線性度降低，而產(chǎn)生測量誤差。
4結(jié)語
本文設(shè)計(jì)了一種基于微控制器的語音電子秤,從硬件電路以及軟件進(jìn)行了完整的設(shè)計(jì),并制作出了實(shí)物。該電子秤運(yùn)行穩(wěn)定、性能可靠,具有成本低、功能強(qiáng)、電路簡單、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn),在一定程度上能滿足實(shí)際需求,因此具有一定的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)意義。
 

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