论文总字数：20556字

目 录

1 绪论 1

1.1 多功能电子秤概述 1

1.2 电子秤的发展趋势 1

1.3 本课题的研究意义 2

2 多功能电子秤系统设计方案 2

2.1 总体系统设计方案 2

2.2 重量采集模块的选择 3

2.3 A/D转换模块的选择 3

2.3显示模块的选择 4

3 多功能电子秤系统硬件设计 5

3.1 重量采集模块的设计 5

3.2 A/D转换模块的设计 5

3.3 单片机最小系统 6

3.4 报警模块的设计 9

3.5 显示模块的设计 10

3.6 矩阵键盘的设计 11

4 多功能电子秤系统的软件设计 11

4.1 IAR Embedded Workbench IDE的介绍 11

4.2 电子秤系统主程序设计 12

4.3 电子秤HX711A/D转换芯片子程序 13

4.4 电子秤阈值报警功能子程序 14

4.5 电子秤去皮功能子程序 15

4.6 电子秤计价功能子程序 15

5 多功能电子秤的测试和数据分析 16

5.1 实物效果图 16

5.2 操作演示 16

5.3 数据采集和分析 18

6 总结 19

参考文献 20

致谢 21

附录一 22

附录二 38

基于MSP430单片机的多功能电子秤的设计

张翰凌

，China

Abstract：Nowadays, electronic scale is an indispensable tool in our daily life，and it will replace the traditional steelyard. So it is necessary to design a practical and multifunction electronic scale. This paper mainly presents a design of multifunction electronic scale based on MSP430 with the HX711 A/D converter chip as its main element. It displays on a LCD named Nokia5110. The scale can achieve functions such as weight calculation, decortication, and threshold alarm and price calculation. Max precision is 1g and measuring range is 0-5kg.

Key words: electronic scale; MSP430; A/D transform; Nokia5110.

1 绪论

1.1 多功能电子秤概述

电子秤是人们在日常生活中不可或缺的一件测重工具，研究一款易操作，多功能，精度高的电子秤是人们亟需的^[1]。

社会发展日新月异，商品种类繁多冗杂，造就了各式各样的多功能电子秤，它们具备着可靠性、智能性、易携带性等优点。相比于以前使用的普通杆秤来说，它可以实现计重、计价、报警等功能，同时速度快，计量准确，所以越来越多的场合都出现了电子秤的身影。

电子秤的工作原理是这样的，首先通过压力传感器去收集放置在测重台上物品的质量，通过电信号传输。接着经过一个放大器将其信号放大，便于计算。最后通过A/D转换模块将其转换单片机进行运算并显示出来，从而完成了一次精确的计重。

1.2 电子秤的发展趋势

(1)朝着小规模化发展

在电子秤刚发明出来的时候，体积十分的庞大，难以让人携带，只能放在固定位置进行称重，非常的不便利。随着时代变迁，如今电子秤普遍都朝着小规模的方向前进。小型化能够大幅度的减少电子秤的重量，让其更容易被携带，也能节约使用空间。比如以往的电子平台秤和轮轴秤都采用了超薄型的称重传感器，直接把传感器放在钢板底下，形成一个稳定的秤体结构，不仅保证了可靠性，体积也减小了。

(2)朝着微机化方向发展

微机化的电子秤是未来的大势所趋，便捷的显示模块与电子模块相结合可以很大程度上提高电子秤的工作效率和工作性能。比如一个普通的电子秤模块配合上单片机后即可实现计价报警等功能。这是微机化电子秤独特的优势之一，使其在原有的功能基础上，有了更新、更高级的功能。

(3)朝着整体化方向发展              

电子秤的随着时代的进步，发展的规律可以说也是越来越清晰明了，整体的协调性也要求越来越高，人们需要硬件之间可以根据工作条件和需求的不同而改变，这就预示着电子秤会逐渐向整体化方向迈进。软件方面的话则要求做到使用者可以自定义一些功能，扩展现有功能，输入输出数据也和外部的控制器能够很好的搭配。整体性对于日后的电子秤发展相当的关键。

(4)朝着全方位化方向发展

随着时代进步，电子秤也不断更新换代，扩展到新的技术领域，向相近学科渗透，结合各类技术去解决现有的问题。全方位化的电子秤在未来将会有很大的发展空间，通过把各种功能一体化，有利于人们更加便捷的使用。

1.3 本课题的研究意义

如今，无论是日常劳动时或者是购买商品时，人们往往是离不开电子秤的帮助的。然而，普通的电子秤仍然存在着相当多的问题，比如：体积庞大、携带难、制造成本过高、应用场景十分有限等。现在普遍的便携秤都使用弹簧或者量杆为主要元件，两种都存在着很明显的缺点。弹簧秤的制造工艺相对来说过于复杂，而且弹簧一旦使用时间超过一定程度，导致弹簧超过弹性拉伸限度，就会使其误差大幅增加，甚至可能会损坏，从而也就导致称重的精确性与可靠程度变低。而杆秤本身测量就不是非常的精准，而且携带麻烦，读数困难，也在近年内逐渐消失。所以，设计一种实用、便宜又具备多功能的电子秤就有着很大的必要了。基于当今社会对电子秤的需求，本文主要讨论了一种基于MSP430的多功能电子秤，它采用HX711AD转换芯片作为主要元件，通过Nokia5110显示屏进行显示，具备着计重、去皮、阈值报警、计算价格等功能，足以满足当今社会居民家庭的日常使用^[2]。

2 多功能电子秤系统设计方案

2.1 总体系统设计方案

本设计主要是基于MSP430的多功能电子秤系统，该系统的通过桥式电阻压敏传感器进行测量，加上电压之后形成电压差，对应电阻阻值的变化大小，再通过HX711A/D转换芯片读取这个电压值，再传送给单片机进行处理，得到物体的质量，最后再通过Nokia5110液晶模块进行显示，如有阈值设定，还会发送信号给报警蜂鸣器，进行报警操作。

整个系统的框架图如图1所示：

图1 系统框架图

整个系统的设计主要由下述的几个部分组成：

①重量采集模块

②A/D转换模块

③单片机最小系统

④报警模块

⑤显示模块

⑥矩阵键盘输入

2.2 重量采集模块的选择

重量采集模块采用一组桥式压敏电阻传感器来进行，桥式电阻压敏传感器由电阻应变片、测量台和检测电路等几个主要部分组成。测量平台受到重物压力作用之后，铁棍上的应变片，也就是桥式电阻，随之发生变化，阻值增大或减小，再经过一个转换电路再把它变为电信号，也就完成了将阻值差转化为电信号的整个过程。

四个桥式电阻相等时，电路是没有电流输出的，只要电阻稍有变化，电路都能很快检测到变化的发生并及时转换。实际操作中，只需要将4个电阻固定在铁棍上，就可以完成，相比于其他重量采集方法，不仅成本低，而且精准度能够得到保证，所以选择这种电路作为重量采集模块

2.3 A/D转换模块的选择

HX711是一款24 位 A/D 转换器芯片，专门用于重量测量工具比如电子秤。与其它同规格同等级的A/D芯片比较，HX711芯片优点众多，包括集成度高、反应速度快、防干扰性强，同时内部携带着多种多样的外部电路，包括稳压电路、时钟振荡器等实用电路。使用这种芯片可以大幅减少制造电子秤的原料成本，还可以增强电子秤系统的使用性能和可靠性。

相比于HX711的A/D转换，MSP430F149单片机芯片自己携带的AD转换模块一次只能采集一路模拟信号。即使总线再多，也只能采集一路。它自带的AD模块只是一个普通的12位A/D转换模块，而HX711可以大幅提高整体转换效率，综上考虑，所以我选择了HX711作为A/D转换芯片。

图2展示了HX711的芯片引脚图，各个引脚的功能如表1所示。

图2 HX711芯片引脚图

表1 HX711引脚的功能描述

2.3显示模块的选择

Nokia5110是诺基亚公司为移动电话所设计的一款液晶显示模块，该产品不仅可以运用于移动电话上，也可以广泛应用在各种各样不同的移动式设备之上，与我们平常单片机常用的LCD1602相比，它具有以下四点优势：

①高性价比，LCD1602只能显示出32个字符，而且不能显示汉字，显示字母也很不人性化，而Nokia5110可以显示多达15个汉字，30个字符，相比之下，5110功能更加强大。Nokia5110裸屏仅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般50~70元。

②接口便于实用，驱动Nokia5110显示屏仅需4条输入输出线，而LCD1602需11根输入输出线，LCD12864则需要12根输入输出线。

③速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。

④Nokia5110电压在工作时仅有3.3V，工作电流平时只有200uA以下，同时自带掉电装置，方便于非直流供电的各类便携设备，比如手机。

综合以上几点考虑，选择Nokia5110是一个合适的选择。

3 多功能电子秤系统硬件设计

3.1 重量采集模块的设计

检测电路如图3所示，可以看出我们通过桥式电阻进行重量采集工作，再将其转变为电压输出。桥式电阻与其他测量电路相比有非常多的优点，比如温度的影响几乎可以忽略不计，横向力干扰较小，后期测算时的补偿比较容易。因此，很多单片机系统都会采用桥式电阻作为测量模块。

如图3所示，4个电阻分别为Ra、Rb、Rc、Rd，组成了桥式电阻，e为系统工作电压，V为系统输出电压。在没有重物摆放的情况下，4个电阻保持一致，所以输出的电压也为0，当应变片的电阻Ra、Rb、Rc、Rd变成R △Ra、R △Rb、R △Rc、R △Rd时，电桥的输出电压变为：

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