姚遠(yuǎn)+周偉+鮑承毅+彭磊+王秋菊

摘 要：隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外快遞業(yè)務(wù)中包裹的實(shí)時(shí)稱重需求，加上快遞物流過程中對(duì)物品掉包、丟包現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)，以及具有較大空氣濕度等場(chǎng)合的稱重，都亟需開發(fā)一種便攜式的防水藍(lán)牙電子秤?；谒{(lán)牙無線通信技術(shù)，以單片機(jī)STC89C52為控制核心，外加數(shù)據(jù)采集、放大電路、鍵盤顯示、電源部件、防水外殼等，實(shí)現(xiàn)了一種便攜式的防水藍(lán)牙電子秤的軟硬件設(shè)計(jì)。該電子秤具有便攜、壽命長(zhǎng)、防水、無線傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，具有一定推廣應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：藍(lán)牙通信；電子秤；單片機(jī)；無線通訊技術(shù)

DOIDOI：10.11907/rjdk.161515

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2016）008-0059-03

0 引言

電子秤是一種利用傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)的電子稱量裝置，它可以快速、連續(xù)、自動(dòng)、精準(zhǔn)地進(jìn)行稱量，并且能高效地消除人為方面的誤差。電子秤已廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活、工商貿(mào)易、能源交通、冶金礦山、輕工食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、航空航天等不同領(lǐng)域[1]。傳統(tǒng)的電子秤主要是實(shí)現(xiàn)稱量實(shí)時(shí)獲取重量數(shù)據(jù)，而在一些具有RS232/以太網(wǎng)通信接口的電子秤傳輸稱重?cái)?shù)據(jù)時(shí)由于采用電纜通信，因而具有電纜鋪設(shè)麻煩、移動(dòng)稱量不便的缺點(diǎn)[2]。隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)具有無線通信接口的電子秤，促進(jìn)數(shù)據(jù)通信向無線數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展，具有現(xiàn)實(shí)意義[3]。特別是隨著國內(nèi)外快遞業(yè)務(wù)的發(fā)展，快遞包裹隨時(shí)隨地收發(fā)過程中的便捷稱重需求，快遞物流過程中對(duì)物品掉包、丟包等現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)[4]，以及具有較大空氣濕度等場(chǎng)合的稱重[5]，都亟需開發(fā)一種便攜式的防水藍(lán)牙電子秤，該電子秤的成功開發(fā)將具有極大的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值。

本文在藍(lán)牙無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，以單片機(jī)STC89C52為控制核心，外加數(shù)據(jù)采集、信號(hào)放大、鍵盤顯示、電源電路、報(bào)警電路、防水外殼等實(shí)現(xiàn)了便攜式防水藍(lán)牙電子秤設(shè)計(jì)，系統(tǒng)框架如圖1所示。其原理如下：當(dāng)被測(cè)重物加載在秤盤上時(shí)，位于秤盤下方的稱重傳感器將產(chǎn)生與被測(cè)載荷成正比的微弱電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后送至單片機(jī)，單片機(jī)處理后由多位數(shù)碼管顯示被測(cè)物體的質(zhì)量，可通過薄膜矩陣鍵盤電路選擇電子秤的不同功能和輸入單價(jià)等，重量數(shù)據(jù)等信息可實(shí)時(shí)顯示在LED模塊，并可通過藍(lán)牙接口無線傳送至終控電腦、手持式平板電腦、PDA、Android等終端設(shè)備。

1 便攜式防水藍(lán)牙電子稱硬件設(shè)計(jì)

1.1 單片機(jī)核心板設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制器選用51系列單片機(jī)STC89C52，具有8KB Flash存儲(chǔ)器，可通過USB串口適配器對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)行下載及燒寫[6]。接口設(shè)計(jì)如下：P0.0-0.7為L(zhǎng)ED八段驅(qū)動(dòng)口，P1.0-1.2為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)芯片TA6932的數(shù)據(jù)通信口；P2.0-2.3為鍵盤的行線，P2.4-2.7、P1.3-1.4為鍵盤的列線；P1.5-1.6為AD數(shù)據(jù)接口， P1.6為報(bào)警接口；P3.0-3.1為藍(lán)牙通信接口。

1.2 稱重傳感器選擇

電阻應(yīng)變式壓力傳感器具有穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、精度與靈敏度高等特點(diǎn)[7]，因此選用的是電阻式應(yīng)變片鋁制壓力傳感器（最大40Kg），其梁內(nèi)粘貼有多個(gè)應(yīng)變片組成的電橋，可自動(dòng)補(bǔ)償溫度變化帶來的影響，靈敏度是2.0±10%mv·v-1。

1.3 A/D轉(zhuǎn)換濾波電路設(shè)計(jì)

HX711是內(nèi)部集成有穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有集成度高、內(nèi)置增益控制、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[8]。HX711與單片機(jī)的連接十分簡(jiǎn)單，只需要時(shí)鐘和數(shù)據(jù)口線，工作電路如圖2所示。

1.4 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)

TA6932是LED驅(qū)動(dòng)控制專用電路，內(nèi)部集成了MCU接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED驅(qū)動(dòng)接口等[9]。數(shù)碼管顯示電路由TA6932驅(qū)動(dòng)的16位共陰極數(shù)碼管組成，3組數(shù)碼管組分別顯示商品的重量（5位）、單價(jià)（5位）以及價(jià)格總額（6位）信息（其中重量數(shù)碼管組顯示的重量單位是g，單價(jià)和總額單位是分）。

1.5 薄膜矩陣鍵盤、報(bào)警電路設(shè)計(jì)

便攜式防水藍(lán)牙電子秤采用全密封粘貼4*6薄膜矩陣式鍵盤，有數(shù)字0～9，有清零、去皮、刪除、累加、多位存儲(chǔ)等功能按鍵，具防水防潮功能。

當(dāng)測(cè)量重量超過量程（30Kg）時(shí)，便攜式防水藍(lán)牙電子秤的報(bào)警接口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴響，報(bào)警燈亮。

1.6 藍(lán)牙通信接口設(shè)計(jì)

藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)是一種短距離無線通信技術(shù)，它能簡(jiǎn)化移動(dòng)設(shè)備與因特網(wǎng)之間以及移動(dòng)設(shè)備與移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，從而使因特網(wǎng)與現(xiàn)代通信設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加快速與高效，為無線通信拓寬道路[10]。散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)都支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)之間的通信，工作在全球通用的2.4GHz頻段，采用時(shí)分雙工傳輸方案，可實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸，其數(shù)據(jù)速率可達(dá)1Mbps，從而使移動(dòng)用戶擺脫電纜的束縛，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間低成本的無線高效互連通信。

便攜式防水藍(lán)牙電子秤選用SH-HC-06藍(lán)牙通信模塊實(shí)現(xiàn)無線通信，該模塊采用英國CSR公司BlueCore4-Ext芯片遵循藍(lán)牙V2.0 + EDR藍(lán)牙規(guī)范，支持UART接口[11]。其中，單片機(jī)STC89C52的TXD、RXD

分別與藍(lán)牙模塊RXD、TXD相連。

1.7 電源供電設(shè)計(jì)

便攜式防水藍(lán)牙電子秤供電由變壓器、整流器、濾波器、穩(wěn)壓器、充電電路及低電壓報(bào)警電路等組成[12]。針對(duì)電子秤電池欠壓后繼續(xù)使用導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)和電瓶壽命縮短的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了專門的電瓶電壓檢測(cè)電路，當(dāng)電瓶電壓到低電壓閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，提示充電。

1.8 便攜防水外殼設(shè)計(jì)

電子秤外殼采用ABS材料一次注塑成型，體積小、重量輕。在外殼的上蓋和下蓋之間采用U型槽扣合設(shè)計(jì)；在傳感器、電源線的進(jìn)出線纜處采用密封膠墊封閉；在薄膜按鍵下設(shè)置有矩陣型U型導(dǎo)流小槽；由一整張開有透明窗口的面貼覆蓋顯示和按鍵部分。上述手段實(shí)現(xiàn)了防水防潮，進(jìn)而保證電路板不被破壞。

2 便攜式防水藍(lán)牙電子稱軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序設(shè)計(jì)

便攜式防水藍(lán)牙電子秤的軟件采用C語言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)。主要模塊有：AD模數(shù)轉(zhuǎn)換、均值濾波、數(shù)碼管顯示、鍵盤掃描、超負(fù)荷報(bào)警檢測(cè)、防抖、藍(lán)牙通信等。其主程序流程如圖3所示。

2.2 無線通信設(shè)計(jì)

藍(lán)牙通信設(shè)計(jì)主要包括藍(lán)牙初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收以及斷開藍(lán)牙設(shè)備連接等幾個(gè)過程，其流程如圖4所示。

3 便攜式藍(lán)牙電子秤測(cè)試分析

便攜式藍(lán)牙電子秤的稱重范圍為0～30kg，分度值為1g，誤差不超過0.2%。參考國家標(biāo)準(zhǔn)《非自動(dòng)秤通用檢定規(guī)程JJG555-1996》[13]，用M1級(jí)的檢定砝碼進(jìn)行測(cè)試（實(shí)驗(yàn)室砝碼），測(cè)試結(jié)果如表1所示。由測(cè)量數(shù)據(jù)可知，便攜式藍(lán)牙電子秤存在一定誤差，該誤差主要是秤重傳感器的誤差導(dǎo)致。

4 結(jié)語

便攜式藍(lán)牙防水電子秤借助藍(lán)牙通信接口，將稱重等信息傳送至電腦終端、手持式平板電腦、PDA、Android手機(jī)等終端設(shè)備，與條形碼系統(tǒng)相結(jié)合，配合ERP或物流管理系統(tǒng)，可提升工作效率，減少因人為疏失而造成的錯(cuò)誤，可應(yīng)用于倉儲(chǔ)管理、貨運(yùn)速遞、物流等行業(yè)。該便攜式藍(lán)牙防水電子秤的手機(jī)APP正在開發(fā)中。

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（責(zé)任編輯：孫 娟）