发布时间 : 星期一 文章基于STM32电子秤系统的设计与实现更新完毕开始阅读b7c7c5f227fff705cc1755270722192e44365859
1.2 本论文的技术要求和主要工作
本论文设计的电子秤是以STM32单片机为主要部件，使用C语言进行软件设计，硬件则以全桥应变片电阻传感器、WT588D语音模块和触控液晶屏模块为主。量程为0～10kg，最小分度值为1g，误差达到±2g，具有超上限值报警的功能。本设计完成的电子秤的主要优点是：
1. 人性化的人机交互界面； 2. 具有超量程报警功能； 3. 测量精度高；
4. 实时显示环境温度和实时时钟；
5. 具有语音播报重量、价格、报警等功能。 主要工作如下：
1. 大量收集和查阅国内外关于电子秤设计的资料，最好开发前的准备； 2. 电子秤主板硬件系统设计； 3. 电子秤的软件系统设计； 4. 通过标准质量的砝码校准电子秤； 5. 整机测试。
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第2章 电子秤的总体设计方案
2.1 电子秤称重系统的整体设计方案
本设计采用STM32F103RBT6作为主控芯片，通过TFT液晶屏幕显示数据，以触控方式操作电子秤，DS18B20作为温度传感器采集实时温度，播报重量、价格、商品名等语音信息使用Flash芯片存储配合语音芯片WT588D发音，采用电阻应变片桥式连接的称重传感器采集重量，以24位的HX711作为A/D转换芯片[6][7]。系统结构框图如图2-1。
液晶屏温度传感器称重传感器A/D转换单片机触控实时时钟语音播报
图2-1 系统整体框架图
架构为Cortex-M3的STM32F103RBT6工作频率为72MHz，16位并行连接TFT液晶屏，能实现快速刷屏，显示效果良好，通过SPI通讯方式连接触控芯片XPT2046，以触控方式操作电子秤，以单总线方式连接DS18B20采集实时温度，主控芯片以一线串口模式控制语音芯片WT588D播报重量、价格、商品名等信息，以上模块对速度都有苛刻的要求，普通的51单片机达不到要求，所以采用了工作频率为72MHz的STM32F103RBT6，它内部的单周期乘法和硬件除法方便了价格计算和累计，采用型号为YZC-1B的电阻应变片式电桥结构的称重传感器，以24位的电子秤专用A/D芯片HX711作为A/D转换芯片[1][2]。
2.2 系统基本功能及其性能指标
本论文设计的电子秤测量系统包括重量测量、液晶屏显示、触摸控制、语音播报、实时时钟、实时温度、单价存储、自动计价、价格累计、去皮、超重报警等功能，主要技术指标如表2-1。
表2-1 测量装置的主要技术指标
基本功能 测重 实时时钟 实时温度 计价 测量范围 0~10kg 1970.1.1~2099.12.31 -55~125℃ 0~999.99元 - X -
分度值 1g 1秒 0.1℃ 0.01元 误差 ±2g ±3秒/年 ±0.5℃ 0 2.3 称重传感器要求及选择
称重传感器是将非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它把重量变换成电信号或其它形式适合计量的信号以方便数字处理器处理。称重传感器一般由敏感元件、转换元件以及后续处理部分组成。
按照称重传感器的结构形式不同，可分为应变式传感器（电阻应变式、声表面谐振式）和直接位移式传感器（电位计式、电容式、电感式、空腔谐振器式、振弦式等）或是利用压电、压阻和磁弹性等物理特性的传感器。考虑到本设计的产品应用在市场、工厂和户外等环境比较恶劣潮湿的场合，使用直接位移传感器和物理效应的传感器容易受到外界干扰，综合各方面因素选择电阻应变式传感器。
本设计对称重传感器的要求主要有：输入的重量与输出的电量应该保持一一对应，即具有良好的线性关系；具有较高的灵敏度；能在恶劣的条件下工作；对被称物体的状态的影响要小；具有较好的频率响应特性；具有重现性；稳定可靠。就以上要求本设计所使用的称重传感器为YZC-1B型传感器，该传感器是10kg量程的电阻应变片式传感器，在激励电压为5V的条件下输出，满量程时输出为10mV，该称重传感器的实物如图2-2。
图2-2 称重传感器实物图
其结构为由电阻应变片搭接的惠更斯全臂电桥贴于铝块载体上。应变片是镍铬丝或康铜丝绕成栅状（或使用薄金属箔腐蚀成栅状）夹在两层绝缘的薄片中制成。YZC-1B称重传感器上表面镶嵌两片应变片，同时下表面也有两个同样的应变片，上下连接形成全臂电桥，当应变片不受外力时，输出的电压为零，当受外力作用时，上表面的应变片电阻变大，下表面的应变片电阻变小，使电桥不平衡，由于相同的电阻丝其电阻的变化量相同，所以输出的电压与电阻的变化量成线性
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关系，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电压信号，此过程完成了将外力转换为电信号的过程，这样就测量出重量的大小。
外接的5根线分别是一根屏蔽线，两根输出线，两根供电线。当未载物时传感器内部电桥桥臂上的电阻满足这样的条件：R1*R3=R2*R4，电桥平衡，输出的电压为零；载物时铝块发生微小形变，致使贴在上面的电阻应变片也发生形变，从而导致应变片电阻发生变化，破坏电桥平衡，使电桥输出微弱电压，其输出的电压与电阻的变化量（外力变化量）成近似的线性变化，线性度小，这极大地方便了后续软件根据A/D值计算处理得到重量。
2.4 质量的计算
由于本设计所选的YZC-1B型电阻应变片式电桥结构的称重传感器具有良好的线性度，所以为后续数据处理带来了很大方便。本设计使用线性拟合软件CurveExpert 1.3来拟合A/D值与实际重量之间的函数关系。主控芯片内部的单周期乘法和硬件除法为重量的快速计算提供硬件支持。随着质量的增大，称重传感器的线性度下降，再配以人工补偿，以保证精度。在校正精度时，选用了M1等级的高精度不锈钢砝码以确保电子秤的精度。
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