智能電子秤給人們的經(jīng)濟(jì)生活帶來(lái)了極大的便利，受到廣大用戶(hù)的青睞。木文以MSP430單片機(jī)為核心，通過(guò)一系 列軟硬件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了小重量物體的稱(chēng)重功能，并通過(guò)液晶顯示模塊和基于ISD1760的語(yǔ)音模塊實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重?cái)?shù)字化顯示并精 確語(yǔ)音播報(bào)功能。系統(tǒng)以編程后的單片機(jī)為控制核心，物體的重量通過(guò)HX711傳感器稱(chēng)重模塊轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并經(jīng)由AD 轉(zhuǎn)換，將信號(hào)輸送給LCD液晶顯示模塊和ISD1760語(yǔ)音播報(bào)模塊，從而將實(shí)際稱(chēng)得的重量實(shí)時(shí)通過(guò)LCD顯示并語(yǔ)音播報(bào)。

智能電子秤按照設(shè)計(jì)要求，應(yīng)分為數(shù)據(jù)采集模塊、控制器 模塊、人機(jī)交互液晶顯示界面三大模塊。在功能擴(kuò)展上，還可 以增加一個(gè)語(yǔ)音播報(bào)功能使電子秤的設(shè)計(jì)更人性化智能化。 基于此，木系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)包含硬件和軟件設(shè)計(jì)兩大部分，具體以 MSP430單片機(jī)為核心控制器，以電阻應(yīng)變式壓力傳感器后接 HX711模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換、采集和放大，從而將物體重量轉(zhuǎn)換 成單片機(jī)可處理的電壓信號(hào)。將處理好的電壓信號(hào)送到LCD 顯示模塊和基于ISD1760的語(yǔ)音播報(bào)模塊，在這之前需要先將 合成的語(yǔ)音片段按地址存人到ISD1760芯片中，記錄每一個(gè)語(yǔ) 音片段的地址，從而通過(guò)程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)按照實(shí)際稱(chēng)重值進(jìn)行 語(yǔ)音播報(bào)。

1.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

1.1系統(tǒng)硬件工作原理

該系統(tǒng)硬件主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、基于HX711傳感器 稱(chēng)重模塊、LCD顯示模塊和基于ISD1760的語(yǔ)音播報(bào)模塊，其 中，單片機(jī)最小系統(tǒng)板是M430G2553開(kāi)發(fā)板，傳感器稱(chēng)重模塊 采用雙孔懸臂平行梁應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器。顯示模塊采用IN- EX-GLCD5110，語(yǔ)音模塊采用ISD1760芯片加外圍擴(kuò)展構(gòu)成。 系統(tǒng)硬件控制電路總體框圖如下圖1所示：

系統(tǒng)的工作原理為：首先通過(guò)USB線給整個(gè)系統(tǒng)供電，然 后將寫(xiě)好的程序?qū)懭薓430單片機(jī)中，將單片機(jī)的引腳信號(hào)加 載到稱(chēng)重模塊、LCD顯示模塊和語(yǔ)音播報(bào)模塊，從而使整個(gè)系 統(tǒng)工作起來(lái)。當(dāng)有物體放到秤臺(tái)上時(shí)，即可顯示并播報(bào)重量。

1.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊

MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指 令集(RISC )結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式(7種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）;大量的寄存器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及高效的 査表處理指令使其具有較高的處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下 指令周期為125 nS，這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程 序。

1.2.2基于HX711的傳感器稱(chēng)重模塊

1）基本器件介紹

HX711傳感器模塊由帶128倍增益的24bit AD模塊、20Kg

壓力傳感器組成，通過(guò)對(duì)應(yīng)端口連接到單片機(jī)的控制端，實(shí)現(xiàn) 對(duì)物體重量的測(cè)量。各模塊與HX711連接示意圖如下圖2所 示：

圖2各模塊與HX711連接示意圖

2)基木原理講解

①20kg傳感器

滿(mǎn)量程輸出電壓=激勵(lì)電壓*靈敏度2.0mv/v

②HX711模塊對(duì)產(chǎn)生的5mV電壓進(jìn)行采樣。

步驟1:如何計(jì)算傳感器供電電壓

HX711可以在產(chǎn)生VAVDD和AGND電壓，即HX711模塊 上的E+和E-電壓。

該電壓通過(guò)VAVDD=VBG(R1 +R2 )/R2計(jì)算。

步驟2:如何計(jì)算AD輸出最大值

在4.3V的供電電壓下20Kg的傳感器最大輸出電壓是 4.3v*2mv/V = 8.6mV

經(jīng)過(guò)128倍放大后，最大電壓為8.6mV*128 = 1100.8mV 經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后輸出的24bit數(shù)字值最大為:550.4mV*224/ 4.3V 疋 4294967步驟3:程序中數(shù)據(jù)如何轉(zhuǎn)換

程序中通過(guò)HX711_Buffer = HX711_Read();獲取當(dāng)前采樣 的AD值，最大4294967，存放在long型變量HX711_Bfer中， 因long型變量計(jì)算速率和存放空間占用資源太多，固除以 100，縮放為int型，便于后續(xù)計(jì)算。

Weight_Shiwu = HX711_Buffer/100;Weight_Shiwu 最大為 42949。

步驟4:如何將AD值反向轉(zhuǎn)換為重力值。

假設(shè)重力為xKg，（x<20Kg),測(cè)量出來(lái)的AD值為y 20Kg傳感器輸出，發(fā)送給AD模塊兒的電壓為AKg * 8.6mV / 20Kg = 0.43A mV

經(jīng)過(guò)128倍增益后為128 * 0.43A = 55.04AmV 轉(zhuǎn)換為24bit數(shù)字信號(hào)為55.04 A mV * 224 / 4.3V = 214748.3648A

所以 y = 214748.3648A /100 = 2147.483648 A 因此得出 A = y/ 2147.483648 Kg-y/2.15g 連接好的稱(chēng)重模塊如下圖3所示。

1.2.3基于ISD1760的語(yǔ)音播報(bào)模塊

ISD1700系列芯片內(nèi)部包括：麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、自動(dòng)增 益控制、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)線路、振蕩器與內(nèi)存等全方位整合系統(tǒng)功 肯巨。

在木設(shè)計(jì)中，為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)功能須事先將需要的聲音

通過(guò)線錄的方式存人芯片內(nèi)，當(dāng)將此模塊連進(jìn)系統(tǒng)后則可直接 通過(guò)程序調(diào)用語(yǔ)音。連接好的語(yǔ)音播報(bào)模塊實(shí)物圖如下圖4 所示。

2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

2.1軟件功能設(shè)計(jì)目標(biāo)

稱(chēng)重是系統(tǒng)的核心，語(yǔ)音播報(bào)是亮點(diǎn)。因此木次軟件開(kāi)發(fā) 在Windows系統(tǒng)TI CCS平臺(tái)下采用模塊化設(shè)計(jì)，包括主程序， 傳感器處理子程序，LCD液晶顯示子程序及ISD1760語(yǔ)音芯片 驅(qū)動(dòng)子程序等。

稱(chēng)重傳感器數(shù)據(jù)處理子程序是通過(guò)稱(chēng)重傳感器的模擬信 號(hào)進(jìn)行放大，AD轉(zhuǎn)換來(lái)讀取稱(chēng)重值。LCD顯示子程序主要用 來(lái)直觀顯示稱(chēng)重值。語(yǔ)音播報(bào)程序是在獲得稱(chēng)重值之后將稱(chēng) 重值報(bào)讀出來(lái)，主要是通過(guò)SPI總線對(duì)語(yǔ)音芯片ISD1760進(jìn)行 操作。程序流程結(jié)構(gòu)如上圖5所示。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 Altium Designer 軟件使用

使用Altium Designer繪制單片機(jī)最小系統(tǒng)、稱(chēng)重模塊、LCD 顯示模塊電路原理圖、PCB圖：

如圖7、8所示。

2.2.2用CCS軟件編寫(xiě)單片機(jī)控制程序

{ Weight_Shiwu=0;

HX711_Buffer = HX711_Read();

HX711_Buffer= HX711_Buffer/100;

Weight_Shiwu = HX711_Buffer;

//獲取實(shí)物的AD米樣數(shù)值Weight_Shiwu=(un- signed int)((float)Weight_Shiwu/2.15+0.5);}

//芯片IO初始化 voidI0_initial(void)

{ P2DIR &=~ BIT2;//設(shè)置為輸入 P2DIR |= BIT0+BIT1;

P1DIRI=BIT5;//設(shè)置為輸出 DISENISD1760_SS;

ISD1760_SCLK_H;

ISD1760_M0SI_L;

}

3.系統(tǒng)測(cè)試及總結(jié)

3.1系統(tǒng)測(cè)試方案

msp430采用TI MSP430 LunchPad最小系統(tǒng)板，不必進(jìn)行 測(cè)試。對(duì)ISD1760語(yǔ)音模塊測(cè)試，焊接了由STC89C51RC(調(diào)試 及錄音用)與ISD1760芯片組成的語(yǔ)音板，利用上位機(jī)軟件進(jìn)行 了 ISD1760器件復(fù)位，上電，錄音，獲取錄音地址，播放錄音等 調(diào)試，以便將SPI通信移植到MSP430上。系統(tǒng)整體硬件連接 實(shí)物圖如上圖6所示。

3.2項(xiàng)目總結(jié)

經(jīng)過(guò)多次20kg以下重物稱(chēng)重測(cè)試，該系統(tǒng)重復(fù)稱(chēng)重精度能 達(dá)到III類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，液晶顯示功能正常，語(yǔ)音播報(bào)及時(shí)準(zhǔn)確，較好 的達(dá)到了預(yù)期效果。存在的不足是傳感器有時(shí)信號(hào)傳遞不穩(wěn)定，稱(chēng)重誤差較大。如果改用高精密度的傳感器，效果定會(huì)明 顯改善。

該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，硬件選配合理，價(jià)格低廉，且 易于擴(kuò)展。軟件部分加人了人性化設(shè)計(jì)，如超重報(bào)警，語(yǔ)音播 報(bào)等特色功能，智能化、自動(dòng)化程度較高。同時(shí)該系統(tǒng)可擴(kuò)展 性較強(qiáng)，通過(guò)對(duì)軟硬件的修改或擴(kuò)展，如添加鍵盤(pán)等，即能設(shè)計(jì) 出富有特色的計(jì)價(jià)秤、電子臺(tái)秤等，因此具備一定的工業(yè)應(yīng)用 價(jià)值。