0引言
傳統的秤屬於衡器的一種，是利用胡克定律或力的杠杆平衡原理測定物體質量的工具[1]。在日常生活和工業生產中，稱重係統與各行各業密切相關。快速準確地測量物體的重量尤為重要。隨著電子技術的飛速發展以及各種傳感器的廣泛應用，傳感器技術和微控製器相結合，數字式、多樣式、高精度稱重是稱重係統主要的發展方向[2]。本設計利用STC89C51單片機微控製器作為主控製器設計了一個電子稱重係統，結合語音播報功能，實現稱重係統的各項功能和所稱物品重量的及時播報，穩定可靠，實用性強。
1係統設計方案
1.1係統總體結構
係統總體電路結構如圖1所示：

係統整體框圖由主控製器、稱重模塊、A/D轉換、顯示屏、矩陣鍵盤、存儲器、語音播報組成。
該係統主要使用由電阻應變計製成的稱重模塊來收集稱重引起的壓力變化，並轉化為電壓信號的變化的特性，模擬量經過放大和模數轉換處理後轉換為數字量，然後送往微控製器，得到物體重量並存儲。通過鍵盤輸入裝置，實現人機交互，同時配合語音芯片發音，使其具有稱重計價、金額累加、去皮和語音播報的功能，同時處理後的數據送到顯示屏中顯示。
1.2係統模塊設計
1.2.1主控製器
綜合考慮到電子秤的成本與功耗,本智能電子秤的主控製模塊采用51係列單片機STC89C51RC,它是一款8位單片機,功能強大、價格低廉,完全能夠滿足性能要求。
1.2.2稱重和A/D轉換模塊
本設計采用電阻應變片製作的全橋惠斯通電路稱重模塊，其由於承受物體重量而將等效於物體重量的壓力轉換成電壓信號，實現被測物體的重量變換成電信號的輸出。
稱重模塊的電路結構如圖2所示：

微控製器隻能處理數字信號，本設計選用HX711芯片進行A/D轉換，HX711先將模擬信號進行放大，再將電壓信號變化的擬量轉化為數字量，送往單片機去處理。HX711是一款24位A/D轉換器芯片，與微控製器芯片的接口和編程簡單，數據精度高，為整體係統的設計提高了性能和可靠性。
1.2.3按鍵模塊和存儲器
電子秤需要設有置單價（十個數字鍵）的功能，還具有設置、單價、累計金額的功能鍵，總共需設置14個鍵。為最大化使用微控製器的I/O口資源。,提高微控製器I/O口的利用率，本設計使用4*4的矩陣鍵盤電子稱按鍵功能分配如表1所示：

本設計的存儲器用來存儲通過矩陣鍵盤輸入被稱物體的單價，以便在稱重後得到重量的同時係統能夠計算金額並實現累加。AT24C02是使用I2C通信的串行E2PROM存儲器件，具有數據掉電不丟失的特點，故選用AT24C02作為存儲設備。
1.2.4顯示模塊和語音播報設計
本設計使用0.96寸高亮度、低功耗分辨率為128*64的OLED液晶模塊作為顯示。其內部驅動ICSSD1306具有升壓功能，不需再設計升壓電路。
本設計的語音報價模塊采用NY3P035AP8語音芯片來實現，此芯片可以一次性燒錄的語音芯片，能夠提供優良的音質，共有32段預設語音，通過sda端發送N個100ms脈衝，N對應語音地址，每段地址預設了一段語音，所以可以通過輸出脈衝控製語音信號。
1.2.5整體電路設計

2係統軟件設計
係統的軟件部分如圖4所示，係統上電後，首先執行各個外設模塊的初始化程序，初始化包括各個模塊內部功能的選擇設置和與主控芯片連接的IO口模式的設置，然後係統進入顯示界麵。初始化結束後該係統會讀取當前的A/D值作為零重量的A/D值（取零點），在取完零點後進入初始界麵，如顯示項目等。再進行按鍵檢測，不斷掃描各個功能鍵是否被按下，若有其中一個功能鍵被按下，微控製器立即進行數據處理，顯示屏即顯示按鍵觸發的電子稱的功能。若未有按鍵按下，係統隻顯示初始界麵。

3功能測試
準備好砝碼直接使用砝碼作為待測物體，砝碼質量以20克為步長，從被測砝碼從10克遞加至130克，通過顯示屏和語音播報獲取並記錄數據。
測試結果如表2所示：

通過對數據分析，在0-130g測量範圍內，平均誤差在0.04-0.15g,語音播報準確率為100%。產生測量誤差的主要原因來源於設計電路中稱重傳感器的靈敏度受環境濕度、溫度的影響，導致稱重模塊的輸入與輸出線性度降低，而產生測量誤差。
4結語
本文設計了一種基於微控製器的語音電子秤,從硬件電路以及軟件進行了完整的設計,並製作出了實物。該電子秤運行穩定、性能可靠,具有成本低、功能強、電路簡單、實用性強等特點,在一定程度上能滿足實際需求,因此具有一定的應用前景和現實意義。
 

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