采用PE-2型压力传感器，以单片机STC89C51RD为核心，液晶LCD1602为显示模块，设计了 —种便携式电子秤。PE-2传感器采集的数据送24位AD转换芯片HX711，转换后的数据送到单片机 STC89C51RD处理，并由LCD1602显示。软件采用功能模块化设计，通过主程序调用子程序实现各功能。

0.引言

称重技术是工业控制系统的重要组成部分，它 起到了改善经营管理、降低能耗和提高产品质量等 作用。电子秤是将传感器技术、电子技术和信息 处理技术等融为一体的一种新型智能计量设备，与 传统机械秤比较，电子秤具有重量轻、体积小、价格 低、结构简单、性能稳定、维护方便和实用价值强等 优点。目前，电子秤广泛应用于科研、工农业、内 外贸易等各个领域。在此，在考虑性价比和精度 的前提下设计一款便携式电子秤。

1.系统硬件设计

系统硬件以单片机为核心，外围主要有传感器模块、电源模块，键控电路和显示电路。其中，数据 采集模块由压力传感器、信号调理和模数转换部分 组成，压力传感器采集的信号经A/D转换送给控制 器处理，由控制器完成对该被测数据的处理，按键 扫描和驱动显示模块。在设计时，充分考虑到实用 性及成本的可行性的前提下，设计完成了的电子秤 方案，系统组成如图1所示。

1.1数据采集模块

数据采集模块包括传感器和模数转换电路，其 中，传感器选用PE-2型称重传感器，模数转换器选 用A/D转换器芯片HX711。

1. 1. 1 PE-2型称重传感器

系统采用PE-2型称重传感器，其量程有1? 100 kg可选。PE-2型传感器在制作时已通过四角 调整，其在规定的受载平面内各点输出一致，其内 部采用惠斯通电桥结构，工作时信号不受导线的分 布电容和各元件的影响，以及温度变化的影响，具 有抗干扰能力强、测量精度高、工作稳定等优点。 图2中虚线框内为PE-2型称重传感器，其为桥路结 构，桥路4只应变片贴在悬臂梁上。工作过程：当被 测重量作用于悬臂梁使其变形，贴在悬臂梁上的应 变片同步变形，阻值随之变化，桥路输出与被测重 量成正比的电压。桥臂每个应变片阻值变化ARt《 尺，初始值只1 = R2 = R3 = R4，且电桥输出电阻无 穷大时，电桥输出电压U0为：

 式（1)只要满足2个桥臂阻值增大，另2个桥臂 阻值减小即可，从式（1)可知，桥路输出电压与应变 电阻值变化呈线性关系。

1.1.2 A/D转换芯片选择

PE-2型传感器输出经放大器放大后达到标准 信号（4?20 mA，1?5 V)后，需要经模数转换送单 片机。为了提高测量精度，系统采用HX711型模/ 数转换器芯片，HX711是一款电子秤专用24位的 高精度模数转换器芯片。该芯片内部集成片内时 钟振荡器、稳压电源等，具有响应速度快、抗干扰性 强等优点。HX711使用简单，芯片内部的寄存器 不用编程。其内部含有可编程低噪声放大器，直接 与输入选择开关连接，选择开关对应A、B 2个通 道，根据需要可任选通道。A通道可编程增益有 128或64两档；B通道只有64 -档。芯片HX711 内部电源可以直接向外部传感器提供电源，芯片内 含有时钟振荡电路，直接使用无需外接元件。PE- 2、HX711芯片与单片机间接口电路如图2所示。

1.2电路设计

系统各功能模块所需供电电压均为5 V电压，为了保证系统稳定可靠性，使用方便，采用独 立电源供电方式。9V高能电池储能量大，使用周 期长，其经三端稳压器件LM7805作为系统电源 的稳压器件，以保证系统电压为稳定的直流5 V 电压。电源输出接口加上LED电源指示灯，用来 判定电源是否正常工作。该系统电源电路如图3 所示。电路中LED用作电源指示，其亮灭代表电 源工作与否,R为1 kf!，起限流作用，以保证LED 不被烧坏。

1.3单片机控制模块

考虑到功耗及成本因素，选用STC89C51RD单 片机为处理核心。STC89C51RD构成的最小系统 如图4所示，其以STC89C51RD为核心，包含晶振 模块和复位。系统晶振模块选用12 MHz石英晶 振，晶振并联2个30pF电容，起快速起振和稳定频 率作用，该电路为单片机提供时钟脉冲。复位电 路是用来让单片机处理器返回到初始状态的辅助 电路，由10 uF电容、.7 欧姆电阻和按键S构成，系 统可通过上电复位也可通过按键复位。当系统出 现死机或程序跑飞时，通过复位电路让系统重新工 作。本系统采用复合复位，可按键复位也可上电复 位。单片机STC89C51RD的P1. 0、P1. 1端口为 A/D芯片HX711预留，P0、P2. 5?P2. 6为液晶 LCD1602 预留。

1.4液晶显示模块

在单片机智能系统中，LCD1602 —种常用液晶 显示模块，其功耗低、寿命长、性能稳定。

LCD1602主要技术参数：显示容量，16X2个字 符；芯片工作电压为4. 5?5. 5 V;工作电流为2. 0mA(5. 0 V)模块最佳工 作电压为5. 0 V;字符尺 为 2. 95 mm X 4. 35 mm (WXH )。LCD1602 使 用极为方便，其管脚分为 控制端口、数据端口、调 整端口和电源端，其中调 整端口需外接10 k欧姆电 位器，通过电位器调节显 示字符亮度。LCD显示图5 LCD1602接口电路

模块接口电路如图5所示。

1.5超重报警电路

为了防止称重测量超出范围损坏传感器，设置了 超限值报警提示。报警指示电路如图6所示。当称重 超限时，在STC89C51RD的P2. 0端口产生低电平0，加 在由三极管9012(PNP型)基极上，驱动蜂鸣器，使其产 生报警声；当称重在安全范围内，在STC89C51RD的 P2.0端口产生低电平1，加在由三极管9012(PNP型） 基极上，三极管截止，蜂鸣器不发声。

2.系统软件设计

系统软件采用了模块化结构，软件主要分为主 程序和子程序。子程序含有毫秒级延时子函数、 模/数数据采集子函数、软件滤波子程序和LCD显 示子函数。系统主函数流程如图7所示。单片机上 电后，系统首先自检初始化，并完成系统变量定义 和变量赋地址等，运行中先调用模/数转换子函数， 将模/数采集的24位二进制串行数据转化为十进 制，然后系统标定和调零，调用LCD显示子函数（将 对应的数据传送对应的地址显示）。

压力传感器采集输出的信号为微弱信号，易受 到外界因素的干扰。多种误差综合影响系统测量 精度，设计时考虑了这些造成误差的因素。在进行 软件设计时，通过补偿系统误差，进一步提高系统 精度。方法是将采集的数据先取10个值进行累加， 计算出平均值，将每次所得的数据替换已有的数 据，并重新计算平均值，最后所得到的值，即为需要 显示的真实值。

3.系统测试

在进行标定的过程中，首先需要1组砝码作为 基准。依次增大砝码的质量，使砝码的重心在传感 器测试区的中心。待显示值稳定后，记下显示值。 通过多次重复测量并记录砝码的实际重量和系统 所测量的值，砝码由轻到重一次连续增加，不要进 行中途撤去砝码。由于PE-2型称重传感器灵敏度 较高，为避免装置振动造成的误差，传感器在水平 方向必须固定牢靠。另外，传感器的引线也很灵 敏，稍微触动一下，也会产生误差。由表1测量数据 可知，系统最大相对误差小于0. 4%。

4.结束语

采用单片机技术与传感器技术，设计了电子 秤，使其整体重量轻、体积小、结构简单、使用简便。 经测试表明，系统具有可靠性高、准确度高、抗干扰 能力强和成本低等优点，可在家用、商用和实验室 等各种场合推广应用。