基于arduino的智能电子秤设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析.........................................................................................................1

2设计方案遴选.........................................................................................................1

2.1芯片以及开发板的选择..........................................................................1

2.2A/D转换方案的选择...................................................................................2

2.3产品主方案设计..........................................................................................2

3产品模块设计.........................................................................................................3

3.1产品组成......................................................................................................3

3.2产品功能......................................................................................................3

4产品硬件设计.........................................................................................................3

4.1系统原理图..................................................................................................3

4.2系统硬件设计..........................................................................................4

4.3ArduinoUNO开发板...................................................................................5

4.3.1ArduinoUNO开发板优点................................................................5

4.3.2ArduinoUNO原理图........................................................................5

4.4HX711AD模块...............................................................................................6

4.5ht1621液晶显示屏.....................................................................................7

5产品软件设计.........................................................................................................7

5.1程序流程图..................................................................................................7

5.2程序设计......................................................................................................8

6产品使用说明.........................................................................................................9

6.1产品装配图..................................................................................................9

6.2产品操作说明............................................................................................10

7产品设计技术标准...............................................................................................14

8参考资料...............................................................................................................15

附录.............................................................................................................................16

附录1元器件清单............................................................................................16

I

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附录2电路原理图............................................................................................17

附录3PCB设计图.............................................................................................18

附录4产品实物图..........................................................................................19

附录5主程序代码............................................................................................20

附录6串口助手AT指令配置蓝牙模块.........................................................21

附录7手机端APP页面...................................................................................22

II

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基于arduino的智能电子称设计与制作

1产品功能分析

电子秤是一种较为方便，简单，称量精确的仪器。与日常生活中各个行业

息息相关，广泛应用于各种商业，市场及零售业等公共场所。此产品是以

ArduinoUNO开发板作为主体部分，另接HX711AD模块、3KG称重传感器及其

称重平台、ht1621液晶显示屏、蓝牙模块共六部分组成。在Arduino平台，利

用ATMEGA328单片机采集电子称模块的数据信息，通过按键实现去皮计算，将

信息显示在ht1621液晶显示屏上或者显示在串口监视器上，能使用蓝牙模块

实现远程输出物体重量。物体在3KG重量范围内(误差在0.5g内)，段码显示

器和串口监视器输出物体重量。若是超过3KG，段码显示器显示ERROR，串口

监视器显示ERROR后跟物体重量。

2设计方案遴选

2.1芯片以及开发板的选择

方案一：选择STM32作为系统的主要芯片。STM32是ST公司基于ARM

Cortex-M内核开发的32位微控制器，具有丰富的功能和较强的运算能力。内

置SPI、I2C、UART等强大的通信接口。但其时钟频率较低，会影响系统的稳

定性。缺少大容量片外RAM，功能相对较少。使用STM32需要一定的专业知

识，编写代码实现功能也相对复杂。

方案二:选择ArduinoUN0作为开发板。Arduino是一款由美国德州仪器

(TI)公司出品的微控制器。在硬件方面可以用来做电路连接的Arduino电路

板。在软件方面，Arduino支持大部分图形化编程方式。具有跨平台运行、开

源、极易掌握、发展迅速的特点。由于开源，也就可以在相关官网或者论坛里

获得各种资源，可以创作出更好更有创意的作品。

综上所述，我选择了ArduinoUN0开发板，Arduino是一个开源的电子开发

原型平台，其包含硬件开发板和软件IDE各种开发生态，丰富的资料，简易的

编程方式。所以我选择使用ArduinoUNO开发板进行设计。

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2.2A/D转换方案的选择

方案一：采用ADC0832集成芯片外加放大电路。ADC0832是美国一家公司

生产的一种8位分辨率芯片，它不仅与美国双相MOS芯片兼容，而且具有0～

8位的高输入输出电压比。但是ADC0832没有内置的集成放大模块，所以需要

一个额外的放大电路。放大器电路的稳定性和模数转换器的转换精度将直接决

定了电子秤精度、准确度、响应时间等重要的平衡参数。另外，单独设计放大

电路及A/D转换电路不仅费事，而且不能保证电路的准确性。

方案二：采用电子秤专用模拟/数字芯片HX711。称重传感器检测到货物的

重量之后，重量信息将被转换成为模拟电压信号，但是单片机只能识别出数字

信号，所以要把模拟信号经过模数转换过程，最终转换成为单片机能识别的数

字信号；转换成为数字信号之后，由于应变片的形变是微小的形变，导致输出

电压信号很微弱，不利于直接使用，所以还要进行放大。在这个过程中，放大

器电路的稳定性和转换精度直接影响称重电子设备的称量精度和反应时间。综

上所述，高精确的转换芯片——HX711就是最佳选择。

2.3产品主方案设计

此方案：基于ArduinoUNO智能电子称的设计与制作。

图2.1系统框图设计

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3产品模块设计

此产品使用ArduinoUNO开发板，另接HX711AD模块、3KG称重传感器及其

称重平台、ht1621液晶显示屏、蓝牙模块共六部分制造而成，符合产品设计技

术标准。

3.1产品组成

1、ArduinoUNO开发板

2、HX711AD模块

3、3KG称重传感器与称重平台

4、ht1621液晶显示屏

5、蓝牙模块

6、若干杜邦线

3.2产品功能

在工作状态下，HX711AD模块和3KG称重传感器及其称重平台检测到砝码

重量，会发送数字信号给ArduinoUNO开发板，开发板会将信号处理再传递给

串口监视器和ht1621液晶显示屏上显示。

4产品硬件设计

4.1系统原理图

此产品是以ArduinoUNO开发板控制ht1621液晶显示屏输出重量信息为目

的。产品是以ArduinoUNO开发板做为主体部分，另接HX711AD模块、3KG称重

传感器及其称重平台检测砝码重量、再由ht1621液晶显示屏和蓝牙模块输出

重量信息。系统原理图如下：

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图4.1系统原理图

4.2系统硬件设计

图4.2系统硬件设计图

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4.3ArduinoUNO开发板

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。ArduinoUNO是

ArduinoUSB接口系列的最新版本，它的处理核心是ATMEGA328P。它有14个数

字输入/输出引脚（其中六个可用作PWM输出），6个模拟输入，16MHz晶振时

钟，USB连接，电源插孔，ICSP接头和复位按钮。只需要通过USB数据线连接

电脑就能供电、程序下载和数据通讯。

4.3.1ArduinoUNO开发板优点

1.开发环境完善，支持多平台开发

2.有活跃的社区和公司支持，学习资料足

3.可通过图形化编程软件编程，极易掌握

4.3.2ArduinoUNO原理图

图4.3ArduinoUNO原理图

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图4.4ArduinoUNO开发板

4.4HX711AD模块

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

成了包括稳压电源、片内时钟震荡器等其他同类型芯片所需要的外围电路，具

有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提

高了整机的性能和可靠性。

图4.5HX711AD模块原理图

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4.5ht1621液晶显示屏

ht1621是128点内存映象和多功能的LCD驱动器，ht1621的软件配置特

性使它适用于多种LCD应用场合，包括LCD模块和显示子系统。用于连接主控

制器和ht1621的管脚只有4或5条，ht1621还有一个节电命令用于降低系统

功耗。

图4.6ht1621液晶显示屏原理图

5产品软件设计

5.1程序流程图

系统程序流程图如下图所示，当主程序初始化之后，按键实现去皮功能，

称重平台检测到物体重量，在3KG重量范围内输出物体重量，若超出重量范

围，则ht1621显示屏显示ERROR，串口监视器显示ERROR后跟物体重量。重量

小于1000g时误差小于0.5g，大于1000g时，误差小于1g。

图5.1程序流程图设计

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5.2程序设计

程序代码使用的是ArduinoIDE编写的。

图5.2程序设计

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6产品使用说明

6.1产品装配图

图6.1产品装配图

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6.2产品操作说明

第一步如下图：接通电源。

图6.2实物操作图1

第二部如下图：按键实现去皮功能。

图6.3实物操作图2

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第三部如下图：烧录编程好的程序，将砝码放到称重平台，称重平台检测

到砝码重量（3KG以内）。将数字信号传送给ht1621液晶显示屏和串口监视

器。单位为g；最大称重5KG，重量小于1000g时误差小于0.5g，大于1000g

时，误差小于1g。此时，程序结束。

图6.4实物操作图3

第四部如下图：保存好编写的程序，再烧写一个空的程序。将蓝牙模块与

Arduino连接，VCC接+3.3V，GND接地。蓝牙模块的TXD接Arduino模块的

TXD,蓝牙模块的RXD接Arduino模块的RXD。

图6.5实物操作图4

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第五部如下图：打开串口助手，设置好串口，及波特率（9600），使用AT

命令：发送AT指令，验证。

使用AT指令1：AT+NAME将蓝牙模块名称设置为中文拼音+学号后两位。

使用AT指令2：AT+PIN将密码设置为1234。

图16.6实物操作图5

第六部如下图：断电，将蓝牙模块的TXD和RXD将蓝牙模块的接线拔掉，

烧录编程好的程序。

图6.7实物操作图6

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第七部如下图：将蓝牙模块的TXD接Arduino的RXD,RXD接Arduino的

TXD,自此蓝牙模块与Arduino通讯了。下载手机端APP，权限都允许，连上蓝

牙模块，进行调试。

图6.8实物操作图7

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7产品设计技术标准

[1][1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

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8参考资料

[1]张华军,冯金龙.一种多功能智能电子秤的设计与制作[J].湖州职业技术学院学

报,2018,16(04):63-65.

[2]杜路泉.基于单片机的电子秤设计与制作[J].太原学院学报(自然科学

版),2020,38(02):34-38.

[3]陈吕洲.Arduino程序设计基础：北京航天航空出版社，2014：5-6

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附录

附录1元器件清单

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