基于ARM内核、12864液晶显示屏、HX711A/D转换器和ZigBee无线通信技术，设计了多秤 盘高精度智能系统。给出了系统的组成及工作原理，阐述了系统主要硬件和软件的设计。该系统采用多秤 盘作为Zi g B e e无线组网的节点，与协调器之间进行信息交互。用无线替代了传统的线缆连接秤盘方式，实 现了1个电子秤同时对多种商品称重的功能。

0.引言

近年来，电子称重越来越多涉及数据处理和过 程控制。现代称重技术和数据系统已经成为工艺 技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售 领域中不可缺少的组成部分。在此介绍的是基于 STM32单片机控制的多秤盘电子秤系统，每一路 称重传感器对物品的重量进行检测，然后通过模数 转换芯片HX711将数据采集，最后将这一路的信 息通过ZigBee网络上传到协调器。其余几路对称 重信息也是同样的处理，协调器对多路数据进行整 理，通过串口上传到STM32，并实时显示到液晶屏 上。系统在完成称重的同时，还提供了一些计算功 能。对于商品价格的设定，可以通过按键输入，或 者由上位机去设定，实现了较高的称重精度，打破 了传统的一个CPU对应一个秤盘的局限，提高了 电子秤的灵活性，同时降低了其成本。在一个显 示屏上可以同时显示各个秤盘的商品重量与价格， 具有很大的实用性，给用户带来了很大的便捷，具 有很好的商业前景。

1.系统总体设计

系统通过协调器把各个节点模块组合在一起， 自动将各个托盘的质量除去，实现上电自动校零功 能。对于每一路秤盘，当有物体放在托盘的时候， 压力式传感器发生形变，使电桥失去平衡输出一个电压值，hx71 1将这个电压采集放大，得到一个对 应的数字信号，节点将这个信号通过ZigBee网络上传到协调器。协调器通过串口与STM32单片机通 信，最后，STM 3 2对各路信息处理后在液晶显示屏 指定位置上显示出物品重量。通过这样的方式实 现多路秤盘同时称重功能，与此同时，当物品指示 灯闪烁则表示托盘上有物体。系统不仅实现了称 重功能，而且还能够计算和存储。通过按键或者上 位机设置各路物品单价和数量，显示出商品的价 格。具有价格低廉，使用方便等优点。其中系统的 总体结构如图1所示。

2.系统硬件设计

2.1传感器模块

本设计选择的传传器模块是电阻应变式压力 传感器，其中最主要的核心是电阻应变片。电阻应 变片是一种将被测量器件的应变变化转换为一种 电信号的敏感器件。在实际使用的时候，通常是将 应变片通过特殊的粘合剂紧密地粘合在受力产生 形变的物体表面。当被测物体受力产生应力变化 的时候，电阻应变片也相应地跟着拉伸。这样就会 导致电阻阻值的变化，然后反映在加在电阻上面的 电压变化。电阻变化是很微小的，将应变片组成桥 式的结构[3]。通过信号放大等处理，传送给STM32 单片机执行相应的操作。各路传感器模块的电路 如图2所示。

图2传感器模块 桥式测量电路中有4个电阻，电桥对角接入工 作电压，另一个对角是输出电压。在此电桥电路 中，当4个桥臂达到电桥平衡的关系时，输出的电压 就应该为0。如果失去平衡就会输出一个电压，灵 敏检流计能够检测出该信号，或者将该信号放大后 检测。所以电桥能够很精确地检测出微小的电阻 变化，也就是微小的形变也能检测出来，灵敏度很 高。在全桥测量电路中，将受力性质相同的两片应 变片接入电桥对边。输出灵敏度比半桥提高了 1 倍，非线性误差和温度均得到了改善。

2. 2 A/D转换模块设计

HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24 位A/D转换器芯片。该芯片集成了稳压电源、片 内时钟振荡器。具有集成度高、响应速度快和抗干 扰性强等优点。部分电路如图3所示。

图3 A/D转换模块 对每一路的电压信息进行高精度采集，然后通 过ZigBee网络将采集的压力信号发送给协调器。 CPU把这个信号转变成重量，在LCD指定位置进 行显示。同时，用户可以通过按键方式对每个秤盘 的重量、价格等信息进行计算。

2 .3 CC2530 模块

本设计是将每一路秤盘节点采集的压力信息， 通过ZigBee网络上传到CC2530协调器。协调器 采用星型网络与各节点间实现通信。ZigBee是基 于IEEE802. 15. 4标准的低功耗局域网协议，是一 种短距离、低功耗的无线通信技术。该模块选用 了 TI公司的CC2530芯片来设计，在片内集成了 8 位的8051MCU。该模块性价比高，而且使用寿 命长。

协调器设备被激活后，首先进行对物理层所默 认的有效信道进行能量扫描，以检测可能存在的网 络重叠及PAN ID冲突干扰。并对检测到的信道按 能量值进行信道排序。然后执行主动扫描过程，以 选择唯一的16位PAN ID，建立自己的网络。

为构建一个完整的ZigBee协调器，外围电路 需要32 MHz晶振XTAL1为内部微处理器提供时 钟源，射频部分需要有高精度的电感、电容和PCB 微波传输线，来匹配RF输入输出的阻抗。

2.4液晶显示模块

液晶显示器的主要原理是以电流刺激液晶分 子产生点、线、面，并配合背部灯管构成画面。本次 设计采用带字库的12864液晶显示屏，这个模块实 现了物重的实时显示，把物重的重量、价格和一些 必要信息展现出来，如图4所示。

2.5 STM32 模块

系统采用STM32系列的处理器，它以 STM32F103ZET6为核心，主控芯片采用的是基于 Cortex-M3架构的微控制器。它是32位的ARM 单片机，具有丰富的增强I/O端口和强大的外设资 源。STM32内部SRAM比很多51单片机的Flash 还多，其他外设就更不用说了，STM32具有绝对的 优势。并且STM32的价格与51也是相差不多，性 价比高，功能也很强大，所以本设计选择了 STM32 作为主控芯片。

节点采集到秤盘信息后，上传到协调器，协调 器通过串口将各路秤盘信息送给STM32，单片机将 各路信息进行处理并实时显示。

3.软件总体设计

基于STM32控制的多秤盘无线智能电子秤， 要实现称重、显示物重和计算总价等智能化功能。 为此，设计了本次程序总的软件流程，如图5所示。

3. 1 ZigBee协调器的工作流程

本设计用了 TI公司免费提供的Z-Stack2006 协议栈，作为CC2530协调器的开发平台。Z- Stack2006协议栈的开发主要是对应用框架层（AF 层）和应用支持子层（APS层）的修改，并相应地添 加自己的驱动程序网络层是以库的形式提供，通 过调用接口函数可以加入网络和查询网络的状态， MAC层和物理层也不需改动。

ZigBee无线传感网络协调器上电后，首先对 CC2530进行初始化，然后创建一个无线网络，选定 一个PAN ID作为协调器的网络标识，创建路由表， 然后对外发布广播帧，通知传感器节点可以加入该 网络。当有子节点申请加入时，为每一个子节点分 配地址。当需要进行数据采集时，网络协调器发出 数据采集指令，之后等待接收采集到的数据，并将 数据发送到STM32处理器。网络协调器节点软件 流程如图6所示。

3.2称重程序设计流程

本次设计的主要功能是称重，然后计算物体的总 价，称重这个模块用到了 2个很重要的元件。一个是 电阻应变式压力传感器，当被测量物体放在传感器上 面，传感器就会产生机械变形，带动粘合在上面的应 变片变形，这样桥式的电桥就失去电桥平衡输出一个 模拟量电压。另外一个是HXH1芯片，该芯片是专 门为称重而设计的24位A/D转换芯片。

4.结束语

设计了电子秤控制器，实现了上电自动清零校 正，能够达到0.01 g的测量精度，并且实时地将物 体重量信息显示在液晶屏上，可以通过按键或者上 位机软件去设定物品单价以及数目，具有称重和计 算功能。

ZigBee技术作为一种新的信息获取和处理技 术，将其与ARM7架构的STM32单片机相结合。把电子秤做得更加智能化，脱离了传统的有线、单 秤盘的局限性，通过组网的方式就可以实现系统秤 盘的增加与减少；用户可以很方便地通过实际需求 修改秤盘数量，也就是组网数量。

本设计通过对无线传感器网络的应用，以智能 电子秤为应用对象，设计了基于STM32处理器的 ZigBee无线多秤盘电子秤，完成了基于ZigBee网关 的I/O模块的硬件原理设计；通过对ZgBee协议栈 的分析并结合CC2530的应用，进行了系统的整体 软件设计。实现了对采集到的重量数据进行实时 传输与计算。解决了多顾客可以同时进行商品的 买卖，不再需要长时间排队等待的问题，大大提高 了卖家出售商品的效率。这套系统具有很大的实 际应用价值，投入市场将会带来很大的经济效益。