针对传统电子秤功能单一、精度不高等问题，结合传感器、单片机和智能控制技术，设计了基于 AT89C52单片机和HX711模/数转换芯片的多功能电子秤。进行电子秤硬件、软件的设计，制作了样机，并 使用标准砝码对样机进行了测试。

0.引言

随着经济的快速发展和人们生活水平的提高，需 要用到称重仪器的场合越来越多，同时也对称重仪器 的要求也越来越高，只完成物重称量、精度不高的传 统电子秤已远不能满足使用要求。因此，具有使用 方便、称重快速、计量准确、功能多样、精度高、读数方 便和价格便宜的电子秤，已成为称重仪器的发展方 向。以单片机为核心的控制技术在电子秤系统中的 应用，不仅可以实现对物品的精确称重，还能根据用 户需求进行单价设定及总价计量、累计、去皮、清零、 自动待机和超重报警等功能，从而方便用户，提高称 重效率，达到智能称重目的。

1.电子秤总体设计

电子秤总体设计结构如图1所示。电子秤系统以 单片机为核心，由称重数据采集、键盘输人、电源、液晶 显示和声光指示几个模块组成。数据采集模块由 称重传感器、信号放大电路和A/D转换电路组成，主 要完成物品重量信息采集、处理并最终转换为单片机 能识别的数字信号，称重传感器将物品重力对传感器 产生的微小形变量转换为微弱的电信号，再经过放大 电路进行放大，达到A/D转换电路能检测的范围,最 后经A/D转换后送人单片机，由单片机对称重数据进 行处理，得到物品重量数字信号。为方便用户，电子秤 具有计算和存储功能,通过键盘设定物品单价，单片机 由物品重量数据和物品单价计算出物品总价,液晶显 示模块完成物品重量、单价、总价等信息显示。键盘模 块主要用于参数输入及功能选择，如单价设定、去皮、 累计和清零等功能的操作。声光指示用于指示用户系 统待机、物品超重等指示。电源模块为传感器电路、A/ D转换电路、液晶显示电路和单片机等各模块供电。

2.系统硬件设计

2.1传感器的选择及电路设计

选择合适的传感器，对电子秤的精度、稳定性、 成本有重要意义。目前，电子秤用传感器主要有压 电式、电容式和应变片式传感器。应变片式传感器 具有精度高、性能稳定、价格便宜等优点，而得到广 泛使用。本设计中，选择具有温度自补偿功能的电 子衡器用电阻应变片为传感器进行设计。电阻应 变片在检测物品重量时，粘接在称重装置受力形变 较大的敏感部位（一般为金属），并在金属敏感部位 受力变形时电阻应变片同时发生形变，电阻应变片 发生电阻应变效应，使电阻应变片阻值发生变化， 其阻值大小的变化反映了重物质量的大小。但 考虑到在电子秤设计中，金属敏感部位受力形变太 大振动也愈剧烈，其稳定所需时间也较长，电子秤 称量时间也会加长，所以实际应用中金属敏感部位 受力形变量较小，电阻应变片的形变量也很小，其 阻值变化也非常小，阻值变化不方便精确测量，故 采用电路将对应变电阻的测量转换为电压的测量， 传感器电路如图2所示。综合考虑电子秤设计，系 统选择的称重传感器灵敏度为2 mV/V、最大量程 为 5 kg。

该电路中，4个可变电阻为同参数电阻应变片， VCC为电源正极，GND为电源负极，U+和U_为 电压输出端，将对电阻的检测转换为对电压的检 测。并且电路是对称的，当无外力时，4个电阻应变 片阻值相等，输出电压U为零;应变片受力形变时， 2个应变片被拉伸阻值增大，另外2个应变片被压 缩阻值减小，电路处于非平衡态，电路输出电压信态相同（如R1和R3，R2和R4收缩），故该 电路没有线性误差，电路检测精度和灵敏度都较 高，精度为单个应变片工作时的4倍，并有抗温度漂 移作用。另外，考虑到电子秤使用时间较长，为防 止外界环境温度、湿度变化对应变片的影响，需要 对粘接好的应变片用胶进行密封，与外界隔离，提 高其测量稳定性。

2.2信号放大及A/D转换模块设计

物品重量信息经称重传感器电路转换为电压 信号后，由于应变片本身形变量较小故输出电压信 号变化也很小，不方便直接使用，输出的电压信号 需要放大后才能使用，而且该电压信号放大后仍然 是模拟量信号，单片机无法识别，还需要将模拟量 信号转换为数字信号后才能供给单片机使用，而在 此过程中，放大电路的精度、稳定性及A/D转换的 精度，将直接影响电子秤的称重准确性、精度、反应 时间等主要参数。另外，单独设计放大电路及A/D

也无法保障，故这里选择高精度电子秤专用A/D转 换芯片HX711来实现。

HX711芯片是专门用于电子称重系统的A/D 转换芯片，其响应快、抗干扰力强和价格便宜，并具 有高达24位的转换精度、最高128倍的放大倍数、 士40 mV的输入电压、上电自动复位和自带稳压电 源等功能，能够满足本系统的设计需要，使用也很 方便。可直接将HX711芯片模拟量输入通道A与 电阻应变片传感器电路连接，对传感器电路输出信 号进行放大。其接线电路如图3所示.

HX711芯片采用5 V直流电源供电，同时5 V 电源正极端连接HX711的AVDO端子作为芯片模 拟电源，并给传感器电路供电，传感器电路输出模 拟电压信号给HX711的A通道接口接收称重信号模拟量。B通道输人端接热敏电阻用于补偿因温度变化对应变电阻阻值产生的影响，提高数据采集的可靠性。PD-SCK和Dout端子各连接单片机1位I/O接口，单片机通过发出不同电平信号控制PD -SCK端电平状态，控制A/D转换，通过Dout端将称重数字信号发送给单片机，单片机接收到称重信号进行处理，将其转换为重量信息，并以此数据为基础设计完成电子秤其他功能.

2.3键盘电路模块

为了方便用户在使用电子秤时进行参数设定及功能选择，需要进行键盘电路模块设计。这里采用标准4X4薄膜矩阵键盘。数字键0?9用来设定单价参数，*为小数点，A为“清零”功能按键，B为“累计”功能按键，C为“去皮”功能按键，D为“单位”切换功能按键，#为“存储”功能按键。用户通过键盘按键进行相应功能的操作。

2.4液晶显示模块

电子秤借助显示屏告知用户称重结果，为了更加直观、方便、清晰地显示称重信息，选用具有亮度高、汉字显示功能的12864液晶显示屏，可更加详细、清晰地在一块显示屏上分行显示物品重量、单

价、金额等信息，并可根据用户需要，通过“单位”切换按键在“公斤”“斤”“千克”“克”之间切换。12864液晶显示屏与单片机的连接如图4所示。其中，单片机P0 口接显示屏8位数据线，P2 口作为控制信号输出端接显示屏控制信号RS，R/W，E，RST。 vcc

2.5声光指示模块

为了使用方便和提醒用户，设计了声光指示模 块，在待称物品重量超过电子秤最大量程时，蜂鸣 器连续响、红色发光二极管闪烁，提醒用户超重。 在长时间没有物品需要称重时，系统会进入待机省 电模式,此时蜂鸣器响2 s，提醒用户进入待机模式。 声光指示电路与单片机连接电路如图5所示。

3.系统软件设计

软件是控制系统的灵魂，电子秤也是如此，只 有在软件和硬件的相互协调、配合下系统才能正常 工作，实现电子秤功能。电子秤系统主程序流程如 图6所示。

系统上电后，对各个模块参数进行初始化设 置，包括液晶显示模块、HX711模/数转换模块及数 据采集模块的初始化，并自动完成称重系统的自动 校准清零。当有待称重物品放置在称重平台时，则 称重传感器电路有模拟量输出，并送人HX711芯 片进行放大、A/D转换，转换结束后将称重信息数 字信号送单片机存储，并等待用户操作键盘输人相 应的控制指令和参数，系统执行相应的控制功能子 程序后将计算结果送12864液晶显示器显示，当检 测到物重超过电子枰最大量程时，声光指示电路工 作，二极管闪烁、蜂鸣器响，提醒用户超重。在称重 过程中，如果超过1 min检测到没有待称重物品，系 统自动进人待机省电模式，显示屏关闭，当有重物 放置时退出待机省电模式，进人工作状态。

4.实验结果及分析

根据设计的硬件和软件制作的电子秤实物如 图7所示。并对样机进行了测试，通过标准砝码与 样机测试结果进行对比，测试数据如表1所示.

从实验数据可以看出，设计制作的电子秤能够 完成对物品称重的功能，并且最大误差仅为0. 1 g, 满足普通场合对称重仪器精度要求。

5.结束语

以AT89C52单片机为核心，应用称重传感器 及电子秤专用A/D转换芯片HX711设计制作的电 子秤，具有单价设定、累计、清零、数据存储、自动待 机和超重报警等多种功能，其称量范围为5 kg,测 量误差为0.1 g。经试验，该电子秤具有使用方便、 计量准确、体积小、响应快、称重效率髙、工作稳定、 功能多样和性价比高特点，具有较高的应用价值.