新疆地区是我国最主要的棉花生产基地，新疆部分高校每年都会组织学生去棉田摘棉花。为了减少因重量而发生 的纠纷，且方便统计每位学生的产量，该设计通过使用单片机STC12C5A60S2、称重传感器实现电子秤。通过使用 GSM模块实现将电子秤的数据传至远程电脑中的功能。通过对其外形进行设计，使其具有体积小、易携带等特点。

0.引言

新疆拥有最适于棉花种植的自然环境条件，日照 充足，昼夜温差大，这为棉花的健康生长提供了我国其 他棉花生产地区所不及的良好条件。因此，新疆种植棉 花有较大优势，近几年来，新疆棉花的总产量占全国产 量的30%左右，占全球产量8%左右，成为全国举足轻 重的棉花产区。棉花及相关产业为自治区提供的税收， 约占自治区全部财政收人的15%。正是棉花产业的崛 起，改变了新疆农业在全国经济格局中的战略地位。新 疆农业大学自建校以来，在王震将军的号召下具有支 农劳动的光辉传统，是学校加强学生实践教学的重要 手段，每个学生都有相应的任务分配，在以往的支农劳 动中，需要逐一称重，人工统计每个学生具体任务的完 成情况，耗时耗力。目前，棉花的种植面积和效益都在 逐年大幅度的攀升，但是，随着棉花产业的发展，棉花 的重量准确性与质量安全问题引起了人们普遍关注， 构建一个更加有效率的称重系统对于新疆农业大学的 师生们显得尤为重要。这个系统对提高称重效率，实现 快速统计，保证棉花质量，保证棉农和师生权益起着重 要的意义。

棉花质量追溯系统包括从生产到加工、包装、储 藏、运输和销售等部分，棉花重量采集系统与棉农身份 采集是棉花追溯系统数据采集中重要的组成部分。棉 花追溯系统的采集部分是通过RFID技术将棉农身份 与棉花采集的棉花信息包括重量、品级等信息进行整 合，生成带有这些信息的二维条码，封装在棉农所产的 棉花上，从而实现棉花的溯源。

1.硬件设计方案

1.1 STC12C5A60S2

采用51系列加强型STC12C5A60S2作为主控器件，其优点是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051 单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12 倍，内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高 速10位A/D转换(25万次/秒)。用户可将任何一路设 置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为 I/O 口使用。此方案最大的特点是系统规模可以做得很 小，成本较低，操作控制简单。

1.2称重传感器

传感器是测量机构最重要的部件。称重传感器实 际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的 装置。本设计采用电阻应变式压力传感器，其主要由弹 性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片（转 换元件、受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发 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。

1.3 GSM模块

GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存 储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操 作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功 能模块。从功能上看主要由4部分组成：GSM基带处理 器、GSM 射频部分、电源 A-SIC (Application Specific Integrated Circuit)、Flash，如图 1 所示。TC35i GSM 模块 工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流 3.3-4.8V ,支持数据、语音、短消息和传真，通过接口连 接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM 电压为3V/1.8V，TC35i通过AT命令可双向传输指令 和数据，可选波特率为300b/s?115kb/s ,自动波特率为 1.2kb/s ~115kb/s。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS (Short Message Service,短消息）,可通过AT命令或关断 信号实现重启和故障恢复。在本系统中，电子秤和电脑 两端都分别接有西门子的TC35i GSM模块，电子秤将 采集到的数据通过GSM模块发送到连接电脑的GSM 模块中，经过GSM的RS232串口将数据提取出来，供 后续处理.

数据接口： TC35的数据输人/输出接口实际上是一 个串行异步收发器，它符合ITU-T RS232接口标准，它 有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，硬 件握手信号用RTS0/CTS0,软件流量控制用XON/XOFF, CMOS电平。

引脚功能:TC35共有40个引脚，第1~14脚为电源 部分，其中1-5为电源电压输人端Vbatt+，6-10为电源 地GND, 11、12充电引脚，13对外输出电压（共外电路 使用），24-29为SIM卡引脚，5、30、31和32脚为控制 部分.

1.4硬件设计框架

矩阵键盘主要用于输人个人信息和计算金额，在 称重之前，通过键盘手动输人个人信息，当被测物体重 量得到后，用户可以通过矩阵键盘输人单价，电子秤自 动计算总金额并将重量等信息添加到属于当前的用户 中，同时在LCD液晶显示屏中显示相关数据，最后将 数据通过GSM模块发送到指定接收端。电源系统给 STC12C5A60S2、传感器和GSM模块供电，如图2所示。

2.外形设计

2.1材料选择

电子秤整体框架使用聚酯系和聚丙烯系两种材料 合成的塑料，这种材质主要应用在汽车塑料保险杠中， 它具有强度、刚性和装饰性，而且涂装性能好，可以减 轻电子称重装置的重量，具有耐用，易携带的特点。

2.2外观设计

GSM电子秤方便携带，节省占用空间，通过折叠可 形成整体外观是一个底面积为45cmx30cm，筒为15cm 的箱子，外表整洁美观，如图3所示。图中实线部分表 示外观整体框架，虚线部分表示盒子内部的具体结构在底座的四个防滑吸盘可通过挂钩连接背带，背带的 长度根据需要可以自己调整，携带过程中可以像双肩 背包一样背在后背上，如图4所示。在农业使用中，与 现有电子秤相比克服了人力远程携带的麻烦。

在使用电子秤时先将背带拆下，调节防滑吸盘，使 电子秤处于水平状态，将电子秤外壳展开，可扩充底座 托盘的大小，使装好的棉花与托盘接触面积增大，更加 方便称重，如图5所示。图中虚线部分为展开的外壳, 外壳展开后可为托盘增加25cmx40cmx2的面积。

搬动可旋转的支架，使折叠在一起的支架展开成电子秤工作时的状态，也可根据自己的使用习惯调节 角度，如图6所示。

3.系统的软件设计及流程图

依据系统各部分的功能，结合结构化设计的思想, 系统软件可分为如下模块：

(1)根据模块化的设计形成的系统初始化，包括数 据初始化，端口初始化，液晶显示初始化，定时器初始 化，GSM初始化，如图7所示。

(2)矩阵键盘设定模块：包括键盘扫描，输人数据 并保存，中断控制的设计。如图8所示。

(3)称重传感器的数据采集模块:通过A/D转换将 采集到具有重量信息的模拟信号转换为数字信号。当 超过量程时，启动报警模块，如图9所示。

(4)称重信息的显示模块：包括显示重量信息，显 示计算后的总价，显示属于相应的编号，显示统计后的 信息。如图10所示。

(5)电子秤端GSM发送数据模块和电脑端接收数 据模块：发送端包括发送中断响应，设置短信模式等。 如图11所示。接收端包括接收中断响应，数据解码，判 断存储状态等。如图12所示。

（6）TC35-AT指令模块：

AT+CPMS优先信息存储。这个命令定义用来读写 信息的存储区域。

AT+CMGF优先信息格式。执行格式有TEXT方式 和PDU方式。

AT+CSAS保存设置。保存+CSAS和+CSMP的参

数。

AT+CMGL列出存储的信息。AT+CMGS发送信息

AT+CSMP设置文本模式的参数。

AT+CMGD删除短信息。删除一个或多个短信息。 AT+WMSC信息状态(是否读过、是否发送等等)修正。

4.使用方法

与现有电子称量装置称重类似，在称重之时学生 手动输人自己的编号，系统会将编号、产量等数据信息保存到系统中，自动将记录的编号扩大1000倍后再与 重量值相加（本设计量程不超过150公斤，所以重量值 不会超过3位数字）。通过GSM模块将统计好的数据输到电脑的接收端。在逐一过秤之后，接收端的电脑 会自动生成统计后的数据，电脑将传过来的数据除以 1000，得到的商为编号，余数为重量值。最后整理成文 本的形式，可以马上整理出当日学生的总产量、均产量 及最高产量者，节约人力和时间，做到高效率。如图13所示。

5.结语

本设计具有携带方便，易于操作的特点。经过测 试，本重量采集系统测量精度可达5g，可实现称重、计 算价格、统计总量，发送数据等主控功能。在本设计中 还采用汉字液晶屏显示个人信息、称重重量、单价、总 价等信息。采用4x4矩阵键盘进行人机交互，操作便 捷，将得到具有个人信息的数据通过GSM模块发送到 电脑中，供后期处理，并具有超量程报警功能，降低功 耗，延长电量的使用时间。对电路器件进行设备的合理 安置，节约空间，由此可推广到邮递等物流公司及时将 进出货物的相关信息传到后台，可满足正常使用需求。