智能电子秤的设计与实现

绪论1.1选题意义质量在测量领域中是一个重要参数，称重技术从古到今一直被人们所重视。公元前，人们为了对货物进行交换量进行估计，起初人们采用的是木材或者土制作的容器对货物进行计量。自此以后，人们逐渐采用简单的秤来测定质量。在中国，秤由早期的铜衡杆，慢慢演化成杆秤，再到如今我们身边随处都可以看到的机械台秤、案秤、电子天平、地磅、拉力弹簧秤等。随着科技的进步，电子秤已经是人们日常生活中必不可少的物品，在很多地方都可以看到它的身影，如超市、邮政等地。相比于传统的杆秤，但就目前来看，市场上使用的称量工具，在许多方面存在缺陷，比如运行存在问题，在结构上相对复杂，具有较高的成本，或者精确度不高，稳定性存在问题等，当出现问题时，进行调整的时间长，很多的零件都比较容易被损耗，实际维修的过程中难度也比较大，能源的消耗也是比较大的，这些都会对后期成本产生影响。另一方面，就目前市场情况来看，对总体上的水平还具有更高要求，电子秤不仅要向高精度、高可靠方向发展，更需要向多种功能的方向发展，例如数据处理功能，在最基础的称重方面以外，也可以实现与上位机的通讯，在上位机利用图形化界面的操作软件实现数据库管理等，可以让人们对于当天的售卖物品进行简单的数据分析。由此可见，在某些方面有针对性，研究具备新价值的智能电子秤是当务之急，从技术出发，对提到的需要改进的地方进行完善，这样就可以让人们在使用电子秤的时候更为放心，也更加便捷。所以对智能电子秤进行设计有着不容忽视的社会和现实的意义。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状早在20世纪80年代，美国、德国等工业发达国家，就开始了数字式智能秤和数字称重系统的研究，经过十余年的努力，推出了多种数字式智能秤以及称重系统。德国赛多利斯公司是世界著名的过程技术和实验室仪器的供应商，是称重技术的市场领导者。该公司将精度为0.01g以上的天平归为电子天平。其最新的BSA系列电子天平设计独特，能有效、可靠地进行实验室日常称量工作。BSA系列采用40MHz的高速微处理器技术，缩短响应时间，得到更快速的结果。具有前置式水平仪、防静电涂层玻璃防风罩能有效地屏蔽外界静电荷的干扰、五面玻璃防风罩，视野清晰、超级双杠杆单体传感器、四级防震等优点，即使在环境条件不够完美的情况下，也始终能得到可靠的称量结果，全靠高度发达的数字补偿运算法则（数字补偿digitalcompensation在计算机数据采集系统中，以数字运算方式对现场采集的信号进行补偿，达到线性化或消除某些因素影响的目的。如热电偶信号冷端补偿、流量信号开平方运算、变送器非线性补偿、执行器非线性补偿等）。美国奥豪斯公司的Ranger7000系列高精度电子秤拥有基本称重、计数、百分比、检重、动态称重(是指通过测量和分析轮胎动态力测算一辆运动中的车辆的总重和部分重量的过程。系统由一组传感器和含有软件的电子仪器组成，可测量动态轮胎力、车辆通过时间并计算轮重、轴重、总重数据。按照设备适应的速度范围，可分为高速动态称重系统和动态自动衡器两种。)等诸多称重应用模式，大大减少了人工计算的工作量，并且可以通过选件控制诸多外设以及连接第二秤台。同时1秒显示稳定速度，最高达350000d显示分度，以及贸易结算计量许可，让Ranger7000具备了在同一级别称重设备中无以伦比的高准确度。其设计特点：不锈钢秤盘，红黄绿三色检重指示灯外加蜂鸣器报警功能，防滑可调秤脚，多语言选择（中文、英语、法语、西班牙语等），可调节的滤波设置（滤波是指利用一定的手段抑制无用信号，增强有用的数字信号处理过程），自动打印，稳定显示，过载/欠载显示，亮度调整，自动黑屏等功能。瑞士的梅特勒-托利多公司的ME系列电子秤采用其内置多种称重程序：基础称量、计件称量、百分比称量检重称量、动态称量、配方称量等多种称量方式。同时具有动态的温度补偿，实时修正环境温度波动对称量结果的影响。由此可见，一些发达国家在电子秤方面已经取得了较高的成就。特别是在准确度和可靠性等诸多方面有了很大的提高。并且其应用性能趋向于综合性和组合型。1.2.2国内研究现状目前，电子称重器在商业销售中的使用已相当普遍。在国内，50年代中期由于电子技术的渗入，推动了电子衡器工业的发展。从60年代初期最初的机电结合型，经过50多年的努力，发展到如今的全电子型和数字型。使得我国在电子衡器制造行业取得了巨大的成就。邵树春在《电子称重技术现状和发展趋势》一文中就谈到，电子称重技术慢慢从静态过渡到动态展，也逐渐从模拟测量发展到数字测量，并从单参数测量发展到多参数测量发展。然而总体而言，目前我国的国内称重技术发展达到了国际中20世纪90年代中期的水平，并且少数技术已经处于国际领先位置。在期刊《水利电力机械》中，杨东海写到，电子秤如今已经被社会所公认，它能够完成一般机械秤所不能够完成的计量问题，因此电子秤的研究以及开发将会越来越多得到社会的重视。虽然我国目前在电子秤的测量精度上，与国外相差1个数量级，但是我国在电子秤研究方面也取得了很大的成就。张书芳在《第九届称重技术研讨会》中提出的门座式起重机动态电子秤，主要应用于大型的动态称重系统。罗及红也在《计算机测量与控制》一书中发表了自己对于高精度电子秤的设计方案，详细叙述了以DSP处理器TMS320LF2407为信息处理核心的高精度电子秤。且电子秤的各种性能也均优于国家标准《非自动秤通用检定规程JJG555-1996》规定的三级秤指标。另外，国际电子秤产品也已网络化，我国基本上处在起步阶段,如杨柯编写的《智能网络电子计价秤》也获得了专利，说明我国电子秤的网络化也在逐步地发展。另外目前国内的上海大和衡器有限公司、广东香山衡器股份有限公司、上海大华电子秤厂、顶尖电子有限公司、太原太航电子科技有限公司的电子秤产品一点也不逊色于国外，无论是精度还是稳定性上来说，都达到了国际先进水平。从以上的一些资料不难看出，我国的电子秤的发展正处于一个快速，稳定的发展阶段。而且总的发展趋势是小型化，模块化，集成化，智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；并且应用性能更加趋向于综合性和组合性。。在国内，上海友声衡器有限公司和深圳市汇思科电子科技有限公司两家公司做的比较出色。上海友声衡器有限公司,产品特点：一、电路集成度高、简单可靠。采用目前世界上最先进的Σ-Δ增量调制型单片集成AD转换技术，与目前大部分衡器厂家所采用的传统双积分电路相比，具有精度高、采样速度快、集成度高、电路简单、维修特别方便等优势，尤其是电路的长期可靠性和互换性优越，保证了大规模生产的稳定质量。二、低功耗设计。产品设计紧跟电子技术发展潮流，从传感器供电电路、主机电路设计到器件选择，均符合低功耗要求。部分液晶显示型号产品在内置蓄电池充足电后最多可以工作400多小时，该指标在同类衡器产品中处于领先地位。作为重量测量仪器，智能电子在各个领域的应用逐渐广泛，传统型的机械杠杆测量称使用人数逐渐降低，因为其具有以下优势：测量速度快、测量精度高并且容易进检测等。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。

2设计方案与论证2.1系统设计要求本设计功能如下：（1）实现0~20KG的量程测量且误差在0~10g；（2）当物品超过测量范围则会进行报警：（3）可以根据单价来计算物品的价格；（4）测量结果实时显示在OLED上；（5）手机可远程查看测量结果，以及通过手机端修改物品的单价并进行数据分析。2.2系统设计方案本智能电子秤设计以STC89C52单片机为系统控制核心。系统设计框图如图2-1所示，由数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块、按键模块、数据通信模块以及报警模块构成。数据采集模块使用压力传感器采集物品重量，其物品重量是模拟信号，通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，交由单片机进行处理，若超出测量范围，则蜂鸣器进行超重报警，若未超重则将处理后的数据由显示模块进行实时显示，也可通过按键模块计算出该物品的价格，同时也可通过手机查看物品重量并且进行数据分析。图2-1系统框图2.3设计方案选型2.3.1单片机选择方案一：采用单片机AT89C51芯片 将单片机AT89C51芯片作为系统的控制核心，其拥有4KB的Flash闪速存储器，128B内部RAM，32个I/O接口线，两个16位定时/计数器，一个5向量的两级终端结构，，片内振荡器及时钟电路以及个全双工串行通信口。设计师们被单片机AT89C51的强大功能吸引，因此其在众多控制领域得到广泛使用。 方案二：采用单片机STC89C52芯片 STC89C52是CMOS8位微控制器的一种，其耗能水平较低，且有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，STC89C52具有灵活的8位CPU以及在系统可编程Flash因此给一些嵌入式控制应用系统提出一些具有实际应用价值的意见。并且其拥有下列标准功能:32位I/0口线，512字节RAM，一个6向量2级中结构，看门狗定时器，三个16位定时器/计数器，全双工串行口。最高运作频率为35Mhz，6T/12T可选。综上所述，STC89C52单片机的模式为12T，也可以为6T，而AT89C51模式只有6T；且AT89C51只有两个16位定时器，而STC89C52含有三个16位定时器；相对于工作电压前者为5V,后者可以是3.3V—5V;前者的RAM只有128字节，相对比较后者除此之外还有1280RAM扩展；除此之外AT89C51只能通过编辑器编程，而STC89C52有ISP功能，而且价格低廉。因此综上考虑选择方案二2.3.2数据采集模块选择方案一：FSR402传感器FSR402传感器是一款重量轻，体积小的超薄型电阻式压力传感器。工作电压为5VDC@165mA，感应面积为12.7mm ，该传感器感应类型为被动式可变电阻。感应范围在100kg~10kg。可用于机械加持器末端感测有无夹持物品，仿生机器人足下地面感测，哺乳类动物咬合测试生物实验，应用范围广泛。方案二：HX711传感器HX711传感器作为24位A/D转换器芯片一种，其具有较高的称重精度。和同类型其它芯片比较来说，该芯片具有稳压电源、片内时钟振荡器等同类型芯片都具有的外围电路，因此具有以下优势：抗干扰能力强、集成度高、响应速度快，电子秤的整机构建成本也会因此降低，整机的性能以及可靠程度有所上升。该芯片和后端MCU芯片的接口和编程内容并不复杂，管脚驱动所有控制信号，因此可省略省略对芯片内部的寄存器编程的步骤。输入选择开关可以在通道A或通道B内进行选择，能够其内部的低噪声可编程放大器连接。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值在±20mV或±40mV范围内。通道B固定在32增益，在系统参数检测中进行使用。芯片内提供的稳压电源能够为外部传感器以及芯片内的A/D转换器供应电源，系统板上不需要额外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器也不需要进行任何外接。综上所述，FSR402压力传感器虽然应用范围广泛，但是该传感器压力检测不是非常精确，不符合设计要求。而HX711是一款高精度称重传感器，编程相对比较简单，无需对芯片内部的寄存器编程。因此，选择方案二HX711称重传感器更符合设计要求。2.3.3显示模块选择方案一：OLED显示屏OLED显示屏幕器件的核心层厚度很薄，为液晶的1/3，器件为全固态机构，无真空，液体物质，抗震性好，可以适应巨大的加速度，振动等恶劣环境。OLED使用的二极管能够自己发光，所以不存在背面光源条件的要求，因此其具有以下显著优势：发光转化效率较高，能耗和液晶相比较低，OLED可以在材质不同的基板上进行制造。此外OLED质量较轻，成本低省电等优点深受客户喜爱。方案二：LCD1602显示屏LCD1602是一种工业字符型液晶，可以显示16x02即32个字符。LCD1602液晶显示的背后理论是以液晶的物理特性为基础，经由电压控制显示区域，图形便会显示出来。1602液晶又称1602字符型液晶，作为点阵型液晶模块，它专门用来显示字母、符号、数字等。其由若干5X7或者5X11等点阵字符位，每一个字符都能通过点阵字符位表示，每位之间的间隔有一个点距。因此，其发挥字符间距以及行间距的作用。综合上述两种显示屏的比较，为了能够更直观的显示实时称重数据，因此选择方案一OLED作为显示模块。2.3.4通信模块选择方案一：使用NRF24L01模块nRF2401是单片射频收发芯片，工作频段为2.4～2.5GHzISM，芯片内部还包含频率合成器、晶体振荡器功率放大器和调制器等功能模块，通过程序对输出功率以及通信频道实施相应的配置配置。芯片耗能系数较低，当其发射功率在-5dBm时，其工作电流处于10.5mA，接收时的工作电流仅为18mA，并拥有多种低功率选择模式，能够有效实现能量的节省。其DuoCeiverTM技术让nRF2401能够通过同一天线下进行工作，可以同时获取两个不同频道的数据。nRF2401在多种无线通信环境中适用较多，如无线鼠标、遥控开锁、无线数据传输系统、遥控玩具等。RF2401是由Nordic公司出版的单芯片无线收发芯片（最新版本是nRF2401A，nRF2401AG也就是无铅工艺版本），工作在2.4GHz～2.5GHz的全球免申请（ISM）频率。芯片主要由以下部分构成：完全集成的频率合成器，晶体振荡器、功率放大器以及调制器。3线SPI端口能够完成发射功率和工作频率等工作参数的设置。极低的电流消耗，在输出功率为-5dBm时，其仅为10.5mA，在接收模式下，数值达到18mA。掉电模式下的耗能非常有限。方案二：使用蓝牙模块蓝牙技术作为近距离无线通信技术的一种在众多领域内得到广泛应用，因为其抗干扰能力强，并且具有较高的安全系数。经由单片机进一步开发蓝牙模块的相关功能，实现蓝牙模块和蓝牙手机的联系，确保蓝牙手机对能够同时控制单片机以及蓝牙模块系统。此外，蓝牙模块还能够和特定蓝牙设备进行绑定，在嵌入式安全系统中对其进行运用，系统的安全性以及稳定性能够得到有效提高。蓝牙模块能够和微控制器的串行端口相联，确保微控制器经由蓝牙和其他设备通信进行连接。模块本身能够在主模式以及从模式下进行工作，在各种应用能够得到广泛应用，像数据记录应用、智能家居应用，远程控制，机器人，监控系统等。综合上述两种通信模块的比较，蓝牙技术是一种近距离无线通信技术，且安全性高以及受干扰型小。此外蓝牙模块还能与特定的蓝牙设备进行绑定，在嵌入式安全系统中进行广泛使用，可以很大程度上提高系统的稳定性以及安全性，因此选择方案二。2.3.5报警模块选择方案一：有源蜂鸣器因为有正负之分的，发出的声音音调单一、频率固定，所以程序控制较为方便。方案二：无源蜂鸣器是没有正负之分的，所以声音频率是可控的，类似于喇叭，可以做出多来米发索拉西的效果，且无源蜂鸣器更为便宜。综上所述，选择方案一有源式蜂鸣器，具有程序控制方便，可以直接用直流电压驱动发声的优势，更符合在智能门禁系统设计中对显报警模块的需求。

3硬件部分设计3.1单片机模块3.1.1单片机介绍STC89C52是CMOS8位微控制器的一种，其耗能水平较低，且有8K在系统可编程Flash存储器。其制造工艺是采取Atmel 公司高密度非易失性存储器技术，因此其不会出现和工业80C51 产品指令和引脚不兼容的情况。片上Flash允许程序存储器在系统内能够实现编程，也可适用于常规编程器。在单芯片上，STC89C52具有灵活的8位CPU以及在系统可编程Flash，让其能够适用于众多众多嵌入式控制应用系统：其主要功能特性如表3-1所示：表3-1单片机功能特性具有灵活的8位CPU以及在系统内可编程Flash 晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率能达到 12MHz）内部程序存储器（ROM）在 4KB 内部数据存储器（RAM）达到 256字节 32 个可编程I/O 口线 8 个中断向量源掉电后中断可唤醒； 看门狗定时器；双数据指针掉电标识符 低功耗空闲和掉电模式；全双工UART串行通道 三个 16 位定时器/计数器，即T0、T1、T2三级加密程序存储器 工作电压：5.5V-3.3V（5V单片机）/3.8V-2.0V（3V单片机）工作温度环境：-40~+85℃（工业级）/0~75℃（商业级）PORT2（P2.0～P2.7）：端口2是双向I/O端口，拥有内部提升电路。每一个引脚均能实现4个LS的TTL负载，假如将端口2的输出设置在高电平状态，该端口能够承担输入端口的功能。P2可以被用于一般I/O端口上，如果将程序存储器等扩充于STC89C51上，便可以提供地址总线的高字节A8～A15，那么P2将不会被用于I/O。 PORT1（P1.0～P1.7）：其中的端口1就是双向I/O端口，对于内部提升电路有很大作用，其配置了输出缓冲器，能够对4个LS TTL负载进行推动，如果端口1的输出是处于高电平状态，就可以通过该端口完成数据输入过程。但若使用的是8052、8032，那么，P1.0可能会充当定时器2的外部脉冲输入脚的角色，另外，P1.1能够发挥T2EX功能，所以通常被用于外部中断输入的触发脚位。 PORT3（P3.0～P3.7）：其中的端口3就是双向I/O端口，对于内部提升电路有很大作用，其也同样配置了输出缓冲器，能够对4个LS TTL负载进行推动，另外还可以发挥串行通信功能、计时计数控制功能以及外部中断控制功能等等。接下来，本课题在图3-1中展示了单片机引脚图。图3-1单片机引脚图3.1.2单片机最小系统介绍作为一个常见的集成电路芯片，单片机通过超大规模技术，同一芯片上集成了微处理器（CPU）、输入、输出接口电路（I/O接口）以及存储器，从而建立了计算机硬件系统，该系统轻便、功能强大。由于单片机程序的精准控制，可以帮助程序设计者完成各项程序收集任务。因此，一片单片机芯片能够集成计算机所有功能。单片机与外围器件以及各类应用程序所形成的系统被叫做最小系统，该系统又被定义为：通过配置最少元件而创建能够正常运行的单片机系统。在51系列单片机的过程中，最小系统由以下几个内容组成。1、单片机89C51单片机，数量为1片2、电源5V直流电源，数量为1个3、晶振电路包括12MHz晶振，数量为一只、30pF瓷片电容，数量为2只。3.1.3晶振时钟电路为了能够有效控制波特率位于9600~19200之间，使其能够很好地运用在串口通讯场景中，往往会调整晶振频率值为11.0592MHz。有时也会调整为12MHz，目的是要获取精确的uS级时歇，从而实现定时操作功能。在单片机的内部，还配置了独立的高增益反相放大器，这也是振荡器构造的重要组成部分。往往会于引脚XTALl和XTAL2两个位置处跨接石英晶体，同时配置两个补偿电容，以构建如图3-2所示的自激振荡器以及X1、C1、C2。也能够按照具体运行状态来选取合适的石英晶体，频率可以是6MHz、12MHz或24MHz，一般来说，补偿电容的瓷片电容参数是30pF。图3-2时钟电路图3.1.4复位电路单片机小系统能够完成复位操作，具体方式有两种，第1种是上电自动复位。接通电源便能够立即自动复位，但是要借助电容C3充电。第2种是手动按键复位，接通电源之后，单片机保持运行状态，通过按钮开关操作的方式，接通电阻R1以及VCC接通，从而实现手动复位。下图3-3为单片机复位电路图。图3-3复位电路图3.2数据采集模块硬件设计3.2.1数据采集模块介绍HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。该芯片无论是在集成度方面还是在抗干扰方面，都有着比其他芯片更加优越的优势。在该芯片内，集成了稳压电源的电路与片内时钟震荡器的电路等，轻便且完善，节省了电子秤整机开支，增强了整机的运行稳定性以及可靠性。该芯片能够很好地与后端MCU芯片的接口之间进行连接，简化了编程，管脚可以驱动全部的控制信号，不再需要额外的寄存器编程。通过输入选择开关的方式来完成通道的合理选取，通道有两个，一是通道A，二是通道B，从而可以连接内部低噪声可编程放大器。对于通道A来说，对应的可编程增益可以是128（满额度差分输入信号幅值控制在±20mV），也可以是64（满额度差分输入信号幅值控制在±40mV）。对于通道B来说，对应的可编程增益只能是32，可以被用在检测系统参数过程中。在芯片的内部集成了稳压电源，既可以将电源提供至内部的A/D转换器，也可以提供至外部传感器，不再需要设置额外的模拟电源。内部集成的时钟震荡器也无需额外的外接器件。开机的初始化程序会由于上电自动复位功能而大大简化。3.2.2数据采集模块电路设计如图3-4所示为数据采集电路设计：图3-43.3报警模块硬件设计3.3.1报警模块介绍有源蜂鸣器之所以会发出声音，主要通过压电效应实现。在其内部有很多的压电材料，比如压电陶瓷。这些材料被施于电压作用时可能会出现机械变形。而且，如果压电陶瓷受到了振动，便立即会产生大量的电荷。在机械变形以及电荷转换的作用下，压电式蜂鸣器就会发出声音。就像上文所提及的，振动、电压的变化以及频率的变化共同形成了电压作用。在有源蜂鸣器的内部还存在大量的多谐振荡器，能够发出电压信号，电压信号值控制于1.5—2.5kHZ，所以这也是有源蜂鸣器可以发声的原因之一。有源蜂鸣器作为常见的电子讯响器，是具有一体化结构的，供电来源主要是直流电压，目前已在计算机以及复印机等电子产品中有所运用。有源蜂鸣器不需要外部的激励源，只需要接入直流电源，即可自动发出声音（声音频率相对固定），它的工作发声原理是：直流电源输入之后，在震荡系统放大取样电路下，由于谐振装置效应而传递一些声音信号，原理图如图3-5所示：图3-5蜂鸣器工作原理图3.3.2报警模块电路设计如图3-6所示为蜂鸣器报警模块的电路图：图3-6蜂鸣器报警模块电路3.3按键模块硬件设计3.3.1按键模块介绍在键盘电路中通常包括以下几个重要部分，一是键盘接口电路，二是按键（主要通过对系统运行情况进行控制的功能键以及实现数据输入的数字调节键共同发挥作用），三是键盘扫描程序。在键盘电路中涉及16个按键。键盘的电路连接如图 3.7所示：键盘工作原理如下所示：将键帽摁下之后，复位弹簧迅速被压缩下去，使得动静片触点之间处于连接状态，从而接通了按键，将低电平发送至单片机的端口。键帽松开之后，按键立即处于断开状态。在键盘多个键的数目，从而减少I / O端口被占用时，通常配置成矩阵形式的键。在矩阵键盘的交叉口处的每个水平和垂直线交点处都用一个按钮来进行连接。当检测到一个键时，延迟时间做测试，以确定下一个步骤。如果该键被按下时，哪一个应确定键关闭。键盘作为一个按键组合，往往既包括数据键又包括功能键。在计算机中，典型的键盘形式有两种，第1种是编码键盘，第2种是非编码键盘。在编码键盘中，键的编码可以通过硬件电路完成，当按键之后便会立即出现键代码，同时拥有去除抖动等功能，使用过程非常简单，但往往要配置额外的高价格硬件，所以在单片机中的运用频率并不高。在非编码键盘中，通过程序的方式来对按键闭合状态进行识别，既提供了去处抖动产生键的代码处理功能，又同时提供了处理转入执行该键的功能等等。所以，该类键盘所对应的硬件电路往往会使用较少的经济支出，但实际运行期间往往要占用非常长的CPU的时间。现阶段，非编码键盘被广泛运用于单片机领域中。本课题也会围绕非编码键盘接口进行研究。（1）在单片机应用系统内部，按键输入的原理既包括了复位键的特定复位电路，又包括了穿衣复位功能。除此以外的其他按键基本都通过保持开关状态的方式来调整控制功能以及设置输入数据。计算机应用系统会在按下某个特定的功能键或者数字键之后实现对应的功能。具体过程如下所示。CPU通过查询或中断的方法对键输入情况进行分析并确定键被按下的情况,接着使得键号被送到累加器A,利用散转指令JMP@A+DPTR完成功能程序转入执行功能，最后返回至主程序。（2）按键开关是具备去除抖动功能的。现阶段，在大多数的stc89C51单片机应用系统内，都设置了机械点式按间功能，具体如图3.1所示。能够发现，无论是在闭合瞬间还是在断开瞬间，机械点都会发生抖动现象，抖动的时间会显著相关于开关机械性情况，常见的抖动时间控制于5-10ms。在抖动的情况下，难以准确读出查询到的信息。举个例子，在某次键的抖动过程中，CPU可能会将低电平信号多次采集并进行反馈，但可能会误认为是多次按下的操作，从而完成键输入的多次操作，显然是不符合要求的。因此出于对CPU一次闭合键的考虑，只是在按键稳定期间方可做进一步的键输入处理，使前沿（后沿）抖动影响程度保持最小。3.3.2按键模块电路设计如图3-7为按键模块电路图：图3-7按键输入模块电路图3.4显示模块硬件设计3.4.1显示模块的介绍OLED屏幕作为一种新型的显示技术，其自身可以发光，亮度，对比度高，功耗低，在当下备受追捧。而在我们正常的显示调整参数过程中，我们越来越多的使用这种屏幕。我们使用的一般是分辨率为128×64，屏幕尺寸为0.96寸。由于其较小的尺寸和比较高的分辨率，让它有着很好的显示效果和便携性。OLED显示屏的响应时间比LCD液晶显示屏快，仅有几微妙到几十微妙。OLED用低压直流驱动，亮度和对比度通过软件可以控制，使用非常方便。自带片选CS信号，可以通过SPI或者IIC通信协议与单片机通信。OLED采用二极管自行发光，因此不需要背光源，效率高，功耗低等优势。OLED屏内部驱动芯片为：SSD1306。OLED的管脚说明如下表3-7所示：表3.7OLED管脚功能说明名称用途GND电源地VCC电源正（3~5.5V）D0OLED中的D0脚，在SPI和IIC通信内部是时钟管脚D1OLED中的D1脚，在SPI和IIC通信内部是数据管脚 RESOLED中的RES#脚，实现复位功能（低电平复位）DCOLED中的D/C#脚，数据和命令控制管脚CSOLED中的CS#脚，即片选管脚3.4.2显示模块电路设计如图3-8展示了OLED显示模块电路图：图3-8OLED显示模块电路图3.5通信模块硬件设计3.5.1通信模块介绍蓝牙BLE模块是一种集成蓝牙功能的PCBA板。是低成本、短距离、可互操作的鲁棒性无线技术，工作在免许可的2.4GHzISM射频频段。BLE是蓝牙4.0中的单模模式。相对于3.0更省电、成本低、3毫秒低延迟、超长有效连接距离，AES-128加密等。也就是说蓝牙4.0的范围更广，像支持音频的传统蓝牙就属于蓝牙4.0，像SKYLAB支持数据传输的蓝牙模块就都属于BLE蓝牙模块。该蓝牙模块应用于实时性要求比较高的产品中，比如：智能家居类(蓝牙锁、蓝牙灯)、传感设备的数据发送(血压计、温度传感器)、消费类电子(电子烟、遥控玩具)等。3.5.2通信模块电路设计如图3-8所示为蓝牙模块电路设计：图3-8蓝牙模块电路

4系统软件设计4.1软件开发工具的介绍统软件的设计是系统控制的核心控制部分。具体任务是，将该系统引入至前期硬件设计中，构成合理的程序结构，对不同区块的内容及顺序进行系统分配。在此基础上设计不同部分的主程序，接着设计其他各类模块程序，使其衔接为完整程序，和硬件共同发挥作用，实现软件开发功能。Keil C51 的首次开发者是美国Keil software 公司，该系统是51系列兼容单片机C语言软件开发系统，其内部有大量的库数据，集成了多项开发功能，开发调试工具μVision2也都采用了windows界面。观察编译所得到的汇编代码，便能够发现keil C51目标代码生成的效率以及通俗易懂性，特别是在一些大型软件开发方面，高级语言地位更加突出。Keil的版本目前是V7版本，作为一个功能强大的8051C编译器， 在系统要求方面却并不高，普通的windows系统即可，基于安装提示便可迅速安装。 在集成编写期间，该软件的运行环境是Vision2编译环境，这种环境为常见的标准性windows应用程序，既发挥了源代码编辑功能，又具有程序生成器功能等，界面友好和适用性较强，操作简单，为大多数开发者所信赖的工具软件之一。4.2系统总流程设计智能电子秤在主程序方面主要包括四个模块，分别是数据采集模块、报警模块、按键模块、显示模块。系统总流程图如图4-1所示，程序开始执行后，首先对整个系统进行初始化；接着开始测量物品的重量，同时启用HX711转换器，将信号放大并进行模/数转换；转换后的数据将会进入单片机进行判断，测量当前物品是否超重，若超重则蜂鸣器马上进行报警，若没有超重，则会在OLED显示屏上显示当前重量，再进行按键操作，若已按键则通过蓝牙将按键值发送到APP，串口接收到数据，若得到数据，将通过物品的单价计算出物品的总价，显示在OLED显示屏上，再通过确认键将所测物品的重量发送到手机APP，APP更新当前已卖出物品的条形图。图4-1系统总流程图4.3数据采集模块软件设计本文设计的数据采集模块流程图如图4-2，基本原理为：首先初始化STC89C52单片机的ADC引脚，其次对HX711称重模块的电压模拟量进行测量，再将ADC模数转换电压模拟量为数字量，接着再根据公式计算出物品的重量。图4-2数据采集模块流程图4.4报警模块软件设计报警模块程序流程图如图4-3所示。首先初始化报警模块，单片机将所得到的物品数据进行判断，，若重量超过量程，蜂鸣器则马上发出警报，若未超重，蜂鸣器则不发出警报。图4-3报警模块程序流程图4.5按键模块软件设计按键模块程序流程图如图4-4所示。首先对键盘引脚进行初始化，键盘行数置为低电平，对列数进行读取，判断是否有按键按下，若无则返回上一步；若有则进行延时消抖，再一次进行列数判断，获取列值；同时键盘列数置为低电平，获取行值，通过键盘的按键或者松开来进行判断，最终返回键值。图4-4按键模块程序流程图4.6显示模块软件设计OLED显示模块程序流程图如图4-5所示。首先初始化IIC和OLED，显示当前物品重量，再通过种类按键按下判断，显示物品种类的信息（物品名称和单价），再进一步显示该物品的总价。图4-5显示模块程序流程图4.7通信模块软件设计通信模块程序流程图如图4-6所示。首先对串口进行初始化，其次判断是否连接上手机蓝牙，若连接成功则LED指示灯常亮，若连接失败则LED指示灯闪烁。图4-6通信模块程序流程图4.8上位机软件设计上位机子程序流程图如图4-7所示。首先打开蓝牙适配器，对蓝牙设备进行搜索，找到蓝牙设备后，点击连接蓝牙，获取该蓝牙设备服务UIDD，再对是否接收到下位机物品种类数据进行判断，若接收成功，则将物品对应单价发送到下位机；若接收失败，则返回上一级，其次再对是否接收到物品重量信息做出判断，若接收成功，则更新上位机端的重量曲线图，若失败，则返回到上一层的判断处进行重新判断。4-7上位机子程序流程图

5系统测试5.1软硬件联调5.1.1硬件的调试本系统的设计分为称重模块、报警模块、蓝牙模块、通信模块和显示模块等5部分组成。每个模块的设计上均有其难点和特殊性，需要严格按照原理图设计规范来设计，原理图设计要点如下所示：1.各功能块布局要合理，整份原理图需要布局均衡，避免有些地方很挤，而有些地方很松。2.

将称重模块、播报模块、AD转换模块和显示模块各功能部分模块化，方便差错和修改程序。3

在接插口时尽量将外设分布在四周，不要分布不均一面造成一侧的端口不够用。例如电源输入，输出负载接口等等。4

对于一些像滑阻类似的可调元件,都应该标清楚方向以及物体说明，以免在实验中损坏器件。5

外部的元器件在向主控电路接入的过程中，采取就近原则即可。6

滤波器件应该就近排放，减少不必要的空间浪费。7

重点的模块、信号和器件，应该用标签标注清楚，接线清楚,接口也要标注清楚。9

将所需要的所有二极管统一放在一个表格中，进行标注作用，方便后续的错误检测与查找。

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在写文档时，将重要的程序可以用黑体或者加粗。

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用于特别表示的文字，或者标签，为了更好的区分可以不同的用不同的颜色区分，例如器件用红色，接口用黄色等等。12

在标注元器件参数时，应该格外注重电阻的阻止，或者器件的工作电压，和工作条件，这一行为将方便检查故障。5.1.2软件的调试程序设计技术的不同会影响软件的调节方式和软件结构的选择，在选择程序设计技术时若选择了模块的技术，那么在系统程序总调试之前要先调试好每个模块。若选择了实时多任务的操作系统，那么一般是将每个任务按顺序逐一调试。针对模块形式的程序，在调试时需要将每个子程序都来调试一边。并且在子程序进行调节时，要符合两个条件即入口和出口这两个条件，调试手段也有两种，即单步和断点这两个运行方式，在检查程序的执行结果时主要看这一结果能否在设计要求的范围之内，即系统的CPU刚生产出来的状况、RＡM的主要内容和I／Ｏ口的当时状态。利用检测这一环节，可以发现程序中的很多问题，并将问题进行调试来解决，如系统中的死循环、密码和转移地址等多种类型的错误，并且，还能检查到程序中的软件和硬件的问题，在检查出问题后及时的进行调试，将所有的模块都得以调试一边。在调试完每个小模块之后，在将有关联的功能连接到一块进行总的调节。如果这时出现问题，那么要考虑造成这一现象的多种可能原因，例如在子程序在运行时现场是否被破坏了,缓冲的单元和任务寄存器是不是发生了冲突等等还有很多引起这一现象的原因，如果系统在运行时是在开发机的监控下运行的，那么还需要思考是不是缓冲和监控程序这两个单