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　　电子天平是一种在实际工作和生活中经常用到的测量器具 , 电子天平以其准确、方便、显示直观等优点受到人们的喜爱。本系统设计的电子天平带有通讯和 U 盘存储功能，对于数据采集和保存要求较高的场合也同样适用。因此，对高精度电子天平的设计是具有实际意义的。

　　1、系统硬件电路设计

　　1.1、电子天平系统结构图

　　根据系统功能要求，系统主要由最小系统、A/D 转换芯片、传感器、超重报警电路、U 盘存储、按键电路、显示模块等七部分组成，如图 1 所示。

图 1 电子天平系统结构图

　　1.2、电子天平工作原理

　　HX711 芯片与单片机连接简单。单片机把处理后的数据通过数码管显示出来。通过三个独立按键可以对电子天平进行去皮和微调处理。三个按键分别是去皮、校准电子天平。当按下第一个按键时，电子天平就会清除传感器获得的数据，此时数码管为“0”,由此达到去皮的功能。通过标准砝码校准电子天平，砝码放置到传感器上，观察数码管的显示，若小于砝码的重量，可以长时间按下第二个按键校准电子天平 ；若显示的值大于砝码的重量，则长时间按下第三个按键校准电子天平。电子天平的量程是 0-2kg，当称的重物超过其量程时，蜂鸣器就会报警，提醒被称物体超过最大量程。U 盘存储功能，通过存储模块，把采集的数据保存到 U盘中新建的 EXCLE 表格中，表格由程序生成。原理图如图 2 所示。

图 2 系统原理图

　　2、硬件设计

　　2.1、测量器件

　　传感器是测量机构最重要的部件。本次使用电阻应变片压力传感器采集数据，工作原理如下 ：电阻应变片压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当重物放置在梁上，压力作用于梁上。电阻应变片 R1、R2、R3、R4发生形变。R1 和 R2 被拉伸，阻值增加 ；R3 和 R4 被压缩，阻值减小。此时，电桥不平衡，不平衡电压与作用在传感器上的载荷 P 成正比，从而将非电量转化成电量输出。如图 3 所示。

图 3 电阻应变式传感器测量原理

　　2.2、电子天平专用 24 位 AD 转换芯片 HX711

　　HX711 是一款 24 位 A/D 转换芯片，专为高精度电子天平而设计。与同类型其它芯片相比，HX711 具有响应快、抗干扰能力强、集成度高等特点。

　　该芯片与单片机连接简单，DT 和 SCK 和单片机引脚连接即可，无需对芯片内部的寄存器编程。由于芯片内部自带稳压电源，所以系统无需另外的模拟电源。其内部 A/D 转换器和称重传感器电源均由稳压电源提供。由于芯片内有电源上电复位电路，故简化了初始化过程。

　　2.3、主控芯片

　　STC12C5A60S2 是宏晶科技推出的新一代高速 1T 单片机，指令代码完全兼容传统的 8051, 但速度快 8-12 倍。芯片提供有4K/8K/16k/32K/64K 多种程序空间，用户可根据程序大小选择；每个 I/O 口驱动能力均可达到 20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。

　　2.4、通讯功能

　　本系统设计的通讯部分是利用 USB 转 TTL 模块和串口助手之间进行通讯，单片机的 P3.0 和模块的 RX 连接，P3.1 和模块TX 连接。通过串口助手能够实时的观察数据的采集。单片机内有两个“串行数据缓冲器”，一个是“发送寄存器”，另一个是“接受寄存器”。这两个 SBUF 有相同的地址 99H，但他们在单片机内部是两个单独模块。

　　2.5、U 盘存储

　　本系统设计带有 U 盘存储功能，适用于对数据要求较高的场合，系统使用的存储模块 CH376 是 U 盘和 SD 卡文件管理控制芯片。CH376 有 USB 设备和 USB 主机两种方式，支持 8 位并口、SPI 接口和异步串口三种通讯接口。本系统采用 8 位并口的通讯接口方式。

　　3、软件设计

　　软件流程图如图 4 所示。

图 4 软件设计流程图

　　4、结语

　　本次系统设计实现了电子天平的通讯和存储及测量功能，从前期设计的分析，资料的查找，到实物的焊接等整个系统的设计完成，让我们感受到一个团队合作的重要性。整个设计的完成离不开每个参与人员的努力。本次设计过程中也不断出现各种问题，只有静下心来，慢慢分析原因，才能解决遇到的问题。

　　参考文献
　　[1] 李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京航天航空大学出版社.
　　[2] 张毅刚 . 单片机原理及接口技术 [M]. 人民邮电出版社 .
　　[3] 郭天祥 . 新概念 51 单片机 C 语言教程 .
　　[4] 谭浩强 . C 语言程序设计 [M]. 清华大学出版社 .
　　[5] 顾理敏，宋玮·电子称 [M]·北京 ：计量出版社，1982.
　　[6] 曲波，肖圣兵，吕建平·工业常用传感器选型指南 [M]·清华大学出版社 .
　　[7] 何希才，薛永毅·传感器及其应用实例 [M]·机械工业出版社 .
　　[8] 李军，贺庆之·检测技术及仪表 [M]·中国轻工业出版社 .

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