一、前言

本文设计了一种能实现数字化管理功能的电子计价秤，采用RF技术和网络通信技术实现对电子计价秤进行数字化管理，并运用PROTEUS软件进行设计仿真。

二、防止称重作弊原理分析

从市场调查来看，称重技术作弊最常用的方法有:加装机械开关、加装遥控器、设置密码、更改芯片，通过这些方法改变传感器激励电压、改变重量计算程序，从而达到称重作弊目的。本设计的电子计价秤特征:一是采用STC89C52单片机芯片，因为芯片具有唯一的ID号，可解决更换芯片进行称重作弊的问题；二是采用了标准信号比对技术，可解决改变传感器激励电压进行称重作弊的问题；三是利用上位机发送指令，动态读取程序代码片断，与管理系统中的代码进行比对，可解决修改程序进行称重作弊的问题；四是利用无线收发技术可以向上位机(管理系统)传输称重作弊信息(时间、ID、重量、金额)，可对作弊信息进行记录。

三、电子计价秤方案设计

1.电路原理框图设计

电路原理框图如图1所示，由传感器、标准信号产生电路、由HX711芯片构成的放大电路和A/D转换电路、单片机(STC89C52)、无线收发电路、时钟电路、显示电路、语音提示电路、键盘、电源等组成。传感器的作用就是将物体重量转化为电压信号，原理表达式为:U0=W×K×U(式中:W———物体重量，kg；K———灵敏度，mV/V·kg；U———传感器激励电压，V)。HX711芯片是一款专为高精度电子计价秤设计的24位A/D转换器芯片，有两个通道(A、B)，A通道接传感器信号，计量重量；B通道接标准信号，用于对计量重量准确性比对。两个通道输入的模拟电压信号，经内部放大电路和A/D转换电路转换成数字信号，输出到单片机。标准信号电路用于产生标准电压。无线收发电路采用315MHz通信频率，与电子计价秤管理系统之间进行指令、数据的双向无线传输。时钟电路采用DS1302时钟芯片，产生年、月、日、时、分、秒信号。与传统的电子计价秤电路相比，本电路增加了标准信号电路和无线收发电路，使本设计的电子计价秤不仅具有称重功能，还具有防止称重作弊和实现数字化管理功能。

本设计电子计价秤主程序流程图如图2所示。初始化子程序内容包括单片机参数、显示状态、时钟参数、无线收发模块参数初始设置。键盘输入和无线收发指令接收采用中断方式。显示采用两线I/O扩展芯片CH425，CH425可动态驱动16只LED数码管，通过二线串行接口与单片机交换数据。无线接收中断收发服务程序流程图如图3所示。

四、电子计价秤数字化管理设计

1.数字化管理系统组成

电子计价秤数字化管理系统主要由电子计价秤、无线信号收发电路、计算机组成，如图4所示。利用RF技术实现无线数据传输。管理系统中安装一套具有自主知识产权的电子计价秤管理软件，在该软件支撑下实现对电子计价秤的数字化管理。

2.数字化管理系统指令格式与规定

数字化管理系统指令由同步头、地址码(2BIT)、数据类型(1BIT)、指令或数据(NBIT)组成。上位机与电子计价秤无线通信指令代码及功能规定如表1所示。

五、基于PROTEUS软件仿真设计及实验

1.HX711应用仿真

仿真电路放大倍数设置为64dB，A/D转换设置为24位，U1为HX711(双通道、放大、A/D)，U2为电子计价秤中单片机，每0.1s读一次A/B数据，用P2/P1/P0读出的24位二进制值，第一次显示A通道值，第二次显示B通道值。仿真验证单片机读取重量和标准信号程序。仿真测试记录如表2所示。

2.数码显示仿真

U1为电子计价秤中单片机，U2为CH452(串口)，动态驱动16只LED数码管，数码管采用共阳极，前5只显示重量，单位为kg；中间5只显示单价，单位为元；最后6只显示金额，单位为元。本例重量设置为12.675kg，单价设置为329.40元/kg，金额=重量×单价=4175.15元。

3.金额计算程序仿真

仿真过程:(1)重量保持不变，键盘输入单价，观察输出显示；(2)单价保持不变，输入表2中的A通道数据，观察输出显示。显示数据如表3所示。

4.作弊记录程序仿真

利用HX711应用仿真电路，实施仿真过程为:(1)正常称重；(2)改变传感器激励电压；(3)修改程序；(4)更换芯片。观察单片机作弊记录内容，用P1显示作弊信息。检测数据如表4所示。

5.数字化管理仿真

实施仿真过程为:(1)验证RF接收程序；(2)验证RF发送程序；(3)验证指令功能。用P1显示接收信息，用虚拟示波器观察RF收、发信号。数字化管理仿真数据如表5所示，RF信号收、发波形如图5所示。

六、仿真结果分析与结论

1.仿真结果分析

(1)HX711应用仿真分析

如表2所示，传感器激励电压为5V时，产生的电压值以3字节16进制形式存储在HX711中，读取A通道值需27个脉冲信号，读取B通道值需26个脉冲信号；读出的值需经过单片机处理和计算。通过仿真，实际重量与HX711中读取的重量值一致。读取程序正确。

(2)计算程序仿真分析

计算程序包括重量计算和金额计算。重量计算:W=(data-data0)×K(W为显示重量，data为HX711中读取值，K为比例系数，data0为修正值)。本次仿真试验K=0.001746，data0=169640；金额计算:金额=W(显示重量)×单价。以表3中第一行数据为例:W(重量)=(03765EH169640)×0.001746=100g=0.100kg；金额=0.100×0.3=0.03元。从表3中可知程序计算的结果与实际相符。

(3)称重作弊信息检测记录仿真分析

由表4可知，不管采用何种作弊方法，本设计的电子计价秤均能有效检测到作弊信息，并记录作弊信息。作弊信息包括作弊时间、重量、金额、误差、累计作弊次数等。

(4)数字化管理仿真分析

RF信号收、发程序能正常实现对RF信号的收、发功能。从表5仿真记录数据可知，在上位机指令作用下，可实现时间校对、程序代码查询、作弊信息管理、标准设定等功能。从而说明本设计的电子计价秤具有数字化管理功能。

2.结论

通过对仿真测试数据分析，本设计的电子计价秤不但具有数字化管理功能，同时具有防止称重作弊功能。在电子计价秤管理系统作用下，能实现对电子计价秤的时间校对、程序代码查询、作弊信息管理、标准设定、关键参数查询。它的应用和推广，可大大提高电子计价秤的数字化管理水平。