針對(duì)電子秤精度較低以及需要聯(lián)網(wǎng)的需求，本文以STM32F103C8T6 單片機(jī)為微控制器，設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線傳輸?shù)?/span>電子秤系統(tǒng)，底層電子秤與接收終端使用 ＲFID 芯片 nＲF905 通信。論文對(duì)整個(gè)硬件平臺(tái)的搭建以及各個(gè)部分硬件電路的設(shè)計(jì)以及軟件的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了闡述。本文設(shè)計(jì)的電子秤系統(tǒng)，具有精度高、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)墓δ?，具有一定的使用價(jià)值。

0.引  言

目前，臺(tái)式電子秤使用已經(jīng)相當(dāng)普遍，但存在一定的局限: 體積大、成本高、精度較低、需要工頻交流電源供電，應(yīng)用場(chǎng)合也需提供保障配置。同時(shí)，隨著零售業(yè)的發(fā)展，大中型超市以及超市中的商品種類也日趨繁多，此時(shí)僅是依靠傳統(tǒng)的電子秤稱重并由人工記錄維護(hù)，效率較低，而且出錯(cuò)的幾率也難以精確控制。因此，能夠聯(lián)網(wǎng)并自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的高精度新型電子秤，即呈現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景和一定的應(yīng)用價(jià)值。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)無(wú)線傳輸?shù)?/span>電子秤展開(kāi)了探討論述。張文莉基于 ZigBee 技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種無(wú)線多秤盤(pán)高精度電子秤 ，該系統(tǒng)以STM32 為核心，采用多秤盤(pán)同時(shí)對(duì)多種商品進(jìn)行稱重，每個(gè)秤盤(pán)作為一個(gè) ZigBee 節(jié)點(diǎn)?；诤懔髟囱袆?chuàng)了一種遠(yuǎn)距離高精度的電子秤 。則開(kāi)發(fā)了一種基于手機(jī) WiFi 熱點(diǎn)的電子秤自動(dòng)化質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用 HLK－ＲM04 為無(wú)線芯片，從電子秤串口獲得數(shù)據(jù)，通過(guò)手機(jī) WiFi 發(fā)送到手機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。

綜合前述過(guò)程設(shè)計(jì)成果，本文則擬將基于 ＲFID 射頻識(shí)別芯片 nＲF905，采用低功耗單片機(jī) STM32F103C8T6 為核心24 位串行 AD 芯片 CS5460C 為數(shù)據(jù)采集單元，研究提出了基于無(wú)線傳輸?shù)碾娮拥匕跸到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超市電子秤智能化，而且也提高了電子秤數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)男省?/span>

1.系統(tǒng)總體方案

基于無(wú)線傳輸?shù)?/span>電子秤系統(tǒng)在整體上涉及了多個(gè)電子秤終端以及數(shù)據(jù)匯聚終端這 2 大內(nèi)置功能部分。其中，電子秤終端由STM32F103C8T6 單片機(jī)、nＲF905 無(wú)線傳輸模塊、稱重傳感器及調(diào)理電路以及人機(jī)接口電路組成，主要完成商品稱重及數(shù)據(jù)傳輸; 數(shù)據(jù)匯聚終端由 nＲF905 無(wú)線接收模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成，用于設(shè)計(jì)接收各個(gè)電子秤節(jié)點(diǎn)的稱重?cái)?shù)據(jù)信息，并對(duì)數(shù)據(jù)定制執(zhí)行規(guī)范處理。各個(gè)電子秤節(jié)點(diǎn)通過(guò) nＲF905 發(fā)送相應(yīng)信息到數(shù)據(jù)匯聚終端，數(shù)據(jù)匯聚終端根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)信息，進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖 1 所示。

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

電子秤節(jié)點(diǎn)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、電源電路、傳感器信號(hào)調(diào)理電路、AD 轉(zhuǎn)換接口電路、nＲF905 無(wú)線發(fā)射電路以及人機(jī)接口電路。在此，將針對(duì)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)電路給出如下研究論述。

2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)中所采用的微控制器是 STM32F103C8T6。這是一款 STM32 系列增強(qiáng)型的 32 位單片機(jī)，具有豐富的外設(shè)配置和優(yōu)良的可靠性。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理可如圖 2 所示。圖 2 中，時(shí)鐘電路的外部晶振采用 8MHz 的無(wú)源晶振，電容采用了 20 pf 的瓷片電容。系統(tǒng)復(fù)位電路采用手動(dòng)和上電復(fù)位兩種，便于實(shí)驗(yàn)調(diào)試。

2．2 電源電路

本系統(tǒng)電源需要輸出 5 V 和 3．3 V 電壓。其中，AVCC 是

供給 AD 轉(zhuǎn)換芯片 CS5460C 的模擬電壓，VDD3． 3 是數(shù)字電源。系統(tǒng)并未設(shè)計(jì)單獨(dú)的模擬電源和數(shù)字電源，而是通過(guò)磁環(huán)和 0 歐電阻吸收數(shù)字系統(tǒng)的噪聲得到模擬電源。電源電路如圖 3 所示。圖 3 中，+ 5 V 電源接低功耗電壓調(diào)節(jié)器SPX1117－3．3，得到 3．3 V 模擬電源，通過(guò)磁環(huán)和 0 歐電阻得到 3．3 V 數(shù)字電源。

2．3 傳感器信號(hào)調(diào)理電路

傳感器信號(hào)調(diào)理電路由電阻式橋式電路、信號(hào)放大電路及低通濾波電路組成，信號(hào)調(diào)理電路的輸出為 IN+和 IN－，電路設(shè)計(jì)的結(jié)果展現(xiàn)如圖4 所示。

稱重傳感器采用電阻應(yīng)變片式傳感器，通過(guò)橋式電路輸出與商品重量成正比的直流電壓信號(hào)，由于直流電壓信號(hào)比較微弱，而且含有交流成分，因此需要設(shè)計(jì)信號(hào)放大電路和低通濾波器進(jìn)行信號(hào)調(diào)理。

信號(hào)放大電路和低通濾波器由 U5、Ｒ11、Ｒ13、Ｒ14、C11、 C12 等元件組成。電壓放大倍數(shù)為:

2．4  AD 轉(zhuǎn)換電路

系統(tǒng) AD 轉(zhuǎn)換器采用 24 位串行 AD 轉(zhuǎn)換器 CS5460C。CS5460C 具有穩(wěn)定性好，精度高的特點(diǎn)，電路原理則如圖 5 所示。

其中，VCC 電源 5 V 經(jīng)過(guò) 10 K 電阻分壓到 0．84 V，接到CS5460C 的參考電壓端 Vrefin。信號(hào)調(diào)理電路輸出的 IN+和IN－接到 AD 轉(zhuǎn)換器的 9腳和 10 腳。C1、C5、C6 為濾波電容。電路采用 4．096MHz 的晶振提供系統(tǒng)主時(shí)鐘。

CS5460C 與單片機(jī) STM32F103C8T6 通過(guò)串行接口進(jìn)行通信。/CS 是片選控制輸入線，低電平有效; SDI 為串行數(shù)據(jù)輸入線，SDO 為串行數(shù)據(jù)輸出線，SCLK 為串行時(shí)鐘輸入線，用于控制 CS5460C 與單片機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸同步。

2．5  nＲF905 無(wú)線發(fā)射電路

電子秤節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)匯聚終端在實(shí)現(xiàn)上是基于 ＲFID 無(wú)線傳輸?shù)?/span> nＲF905 芯片，其工作電源電壓為 3．3 V，通過(guò) SPI 的接口方式能夠直接對(duì)其進(jìn)行編程配置。nＲF905 應(yīng)用電路如圖6所示。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用了 C 語(yǔ)言編程。分析后可知，軟件研究的重點(diǎn)主要是圍繞著壓力傳感器對(duì)不同物品重量檢測(cè)的函數(shù)算法模型開(kāi)發(fā)和無(wú)線傳輸程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)首先對(duì)單片機(jī)的串口、中斷和顯示模塊進(jìn)行初始化，并不斷對(duì)單片機(jī)的各模塊接口電路的 I /O 口循環(huán)展開(kāi)檢測(cè)，每當(dāng)檢測(cè)到壓力傳感器有測(cè)量信息時(shí)，就將測(cè)量到的數(shù)據(jù)引入功能特征處理，并在顯示函數(shù)和ＲFID 無(wú)線傳輸函數(shù)中進(jìn)行再次計(jì)算，然后再分有線和無(wú)線兩種途徑提供效果顯示。主程序研發(fā)流程即如圖 7 所示。

4.系統(tǒng)測(cè)試

調(diào)試過(guò)程中，用 1 組 20 g 的砝碼代替不同的重物來(lái)研究生成設(shè)計(jì)測(cè)試。準(zhǔn)備就緒后，分別向稱臺(tái)上放上數(shù)目不同的砝碼，讀取稱量值，并記錄下來(lái)。測(cè)量都會(huì)存在誤差，測(cè)量結(jié)果如表 1所示。由表 1 測(cè)量數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)最大相對(duì)誤差小于 0．4%。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文將 STM32F103C8T6 單片機(jī)、nＲF905 無(wú)線發(fā)射模塊、AD 轉(zhuǎn)換器 CS5460C 通過(guò)功能集成融合，并配置有軟件主題流程開(kāi)發(fā)，最終設(shè)計(jì)得到了一種高精度無(wú)線傳輸?shù)碾娮映酉到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超市電子秤智能化，具有一定的推廣價(jià)值。