新疆地區(qū)是我國最主要的棉花生產(chǎn)基地，新疆部分高校每年都會組織學(xué)生去棉田摘棉花。為了減少因重量而發(fā)生 的糾紛，且方便統(tǒng)計每位學(xué)生的產(chǎn)量，該設(shè)計通過使用單片機(jī)STC12C5A60S2、稱重傳感器實現(xiàn)電子秤。通過使用 GSM模塊實現(xiàn)將電子秤的數(shù)據(jù)傳至遠(yuǎn)程電腦中的功能。通過對其外形進(jìn)行設(shè)計，使其具有體積小、易攜帶等特點。

0.引言

新疆擁有最適于棉花種植的自然環(huán)境條件，日照 充足，晝夜溫差大，這為棉花的健康生長提供了我國其 他棉花生產(chǎn)地區(qū)所不及的良好條件。因此，新疆種植棉 花有較大優(yōu)勢，近幾年來，新疆棉花的總產(chǎn)量占全國產(chǎn) 量的30%左右，占全球產(chǎn)量8%左右，成為全國舉足輕 重的棉花產(chǎn)區(qū)。棉花及相關(guān)產(chǎn)業(yè)為自治區(qū)提供的稅收， 約占自治區(qū)全部財政收人的15%。正是棉花產(chǎn)業(yè)的崛 起，改變了新疆農(nóng)業(yè)在全國經(jīng)濟(jì)格局中的戰(zhàn)略地位。新 疆農(nóng)業(yè)大學(xué)自建校以來，在王震將軍的號召下具有支 農(nóng)勞動的光輝傳統(tǒng)，是學(xué)校加強(qiáng)學(xué)生實踐教學(xué)的重要 手段，每個學(xué)生都有相應(yīng)的任務(wù)分配，在以往的支農(nóng)勞 動中，需要逐一稱重，人工統(tǒng)計每個學(xué)生具體任務(wù)的完 成情況，耗時耗力。目前，棉花的種植面積和效益都在 逐年大幅度的攀升，但是，隨著棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，棉花 的重量準(zhǔn)確性與質(zhì)量安全問題引起了人們普遍關(guān)注， 構(gòu)建一個更加有效率的稱重系統(tǒng)對于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的 師生們顯得尤為重要。這個系統(tǒng)對提高稱重效率，實現(xiàn) 快速統(tǒng)計，保證棉花質(zhì)量，保證棉農(nóng)和師生權(quán)益起著重 要的意義。

棉花質(zhì)量追溯系統(tǒng)包括從生產(chǎn)到加工、包裝、儲 藏、運輸和銷售等部分，棉花重量采集系統(tǒng)與棉農(nóng)身份 采集是棉花追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中重要的組成部分。棉 花追溯系統(tǒng)的采集部分是通過RFID技術(shù)將棉農(nóng)身份 與棉花采集的棉花信息包括重量、品級等信息進(jìn)行整 合，生成帶有這些信息的二維條碼，封裝在棉農(nóng)所產(chǎn)的 棉花上，從而實現(xiàn)棉花的溯源。

1.硬件設(shè)計方案

1.1 STC12C5A60S2

采用51系列加強(qiáng)型STC12C5A60S2作為主控器件，其優(yōu)點是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8~12 倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高 速10位A/D轉(zhuǎn)換(25萬次/秒)。用戶可將任何一路設(shè) 置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為 I/O 口使用。此方案最大的特點是系統(tǒng)規(guī)模可以做得很 小，成本較低，操作控制簡單。

1.2稱重傳感器

傳感器是測量機(jī)構(gòu)最重要的部件。稱重傳感器實 際上是一種將質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出的 裝置。本設(shè)計采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，其主要由彈 性體、電阻應(yīng)變片電纜線等組成，內(nèi)部線路采用惠更斯電橋，當(dāng)彈性體承受載荷產(chǎn)生變形時，電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn) 換元件、受到拉伸或壓縮應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā) 生變化(增大或減小），從而使電橋失去平衡，產(chǎn)生相應(yīng) 的差動信號，供后續(xù)電路測量和處理。

1.3 GSM模塊

GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存 儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操 作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功 能模塊。從功能上看主要由4部分組成：GSM基帶處理 器、GSM 射頻部分、電源 A-SIC (Application Specific Integrated Circuit)、Flash，如圖 1 所示。TC35i GSM 模塊 工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流 3.3-4.8V ,支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真，通過接口連 接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM 電壓為3V/1.8V，TC35i通過AT命令可雙向傳輸指令 和數(shù)據(jù)，可選波特率為300b/s?115kb/s ,自動波特率為 1.2kb/s ~115kb/s。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS (Short Message Service,短消息）,可通過AT命令或關(guān)斷 信號實現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。在本系統(tǒng)中，電子秤和電腦 兩端都分別接有西門子的TC35i GSM模塊，電子秤將 采集到的數(shù)據(jù)通過GSM模塊發(fā)送到連接電腦的GSM 模塊中，經(jīng)過GSM的RS232串口將數(shù)據(jù)提取出來，供 后續(xù)處理.

數(shù)據(jù)接口： TC35的數(shù)據(jù)輸人/輸出接口實際上是一 個串行異步收發(fā)器，它符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，它 有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，硬 件握手信號用RTS0/CTS0,軟件流量控制用XON/XOFF, CMOS電平。

引腳功能:TC35共有40個引腳，第1~14腳為電源 部分，其中1-5為電源電壓輸人端Vbatt+，6-10為電源 地GND, 11、12充電引腳，13對外輸出電壓（共外電路 使用），24-29為SIM卡引腳，5、30、31和32腳為控制 部分.

1.4硬件設(shè)計框架

矩陣鍵盤主要用于輸人個人信息和計算金額，在 稱重之前，通過鍵盤手動輸人個人信息，當(dāng)被測物體重 量得到后，用戶可以通過矩陣鍵盤輸人單價，電子秤自 動計算總金額并將重量等信息添加到屬于當(dāng)前的用戶 中，同時在LCD液晶顯示屏中顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，最后將 數(shù)據(jù)通過GSM模塊發(fā)送到指定接收端。電源系統(tǒng)給 STC12C5A60S2、傳感器和GSM模塊供電，如圖2所示。

2.外形設(shè)計

2.1材料選擇

電子秤整體框架使用聚酯系和聚丙烯系兩種材料 合成的塑料，這種材質(zhì)主要應(yīng)用在汽車塑料保險杠中， 它具有強(qiáng)度、剛性和裝飾性，而且涂裝性能好，可以減 輕電子稱重裝置的重量，具有耐用，易攜帶的特點。

2.2外觀設(shè)計

GSM電子秤方便攜帶，節(jié)省占用空間，通過折疊可 形成整體外觀是一個底面積為45cmx30cm，筒為15cm 的箱子，外表整潔美觀，如圖3所示。圖中實線部分表 示外觀整體框架，虛線部分表示盒子內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)在底座的四個防滑吸盤可通過掛鉤連接背帶，背帶的 長度根據(jù)需要可以自己調(diào)整，攜帶過程中可以像雙肩 背包一樣背在后背上，如圖4所示。在農(nóng)業(yè)使用中，與 現(xiàn)有電子秤相比克服了人力遠(yuǎn)程攜帶的麻煩。

在使用電子秤時先將背帶拆下，調(diào)節(jié)防滑吸盤，使 電子秤處于水平狀態(tài)，將電子秤外殼展開，可擴(kuò)充底座 托盤的大小，使裝好的棉花與托盤接觸面積增大，更加 方便稱重，如圖5所示。圖中虛線部分為展開的外殼, 外殼展開后可為托盤增加25cmx40cmx2的面積。

搬動可旋轉(zhuǎn)的支架，使折疊在一起的支架展開成電子秤工作時的狀態(tài)，也可根據(jù)自己的使用習(xí)慣調(diào)節(jié) 角度，如圖6所示。

3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計及流程圖

依據(jù)系統(tǒng)各部分的功能，結(jié)合結(jié)構(gòu)化設(shè)計的思想, 系統(tǒng)軟件可分為如下模塊：

(1)根據(jù)模塊化的設(shè)計形成的系統(tǒng)初始化，包括數(shù) 據(jù)初始化，端口初始化，液晶顯示初始化，定時器初始 化，GSM初始化，如圖7所示。

(2)矩陣鍵盤設(shè)定模塊：包括鍵盤掃描，輸人數(shù)據(jù) 并保存，中斷控制的設(shè)計。如圖8所示。

(3)稱重傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊:通過A/D轉(zhuǎn)換將 采集到具有重量信息的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。當(dāng) 超過量程時，啟動報警模塊，如圖9所示。

(4)稱重信息的顯示模塊：包括顯示重量信息，顯 示計算后的總價，顯示屬于相應(yīng)的編號，顯示統(tǒng)計后的 信息。如圖10所示。

(5)電子秤端GSM發(fā)送數(shù)據(jù)模塊和電腦端接收數(shù) 據(jù)模塊：發(fā)送端包括發(fā)送中斷響應(yīng)，設(shè)置短信模式等。 如圖11所示。接收端包括接收中斷響應(yīng)，數(shù)據(jù)解碼，判 斷存儲狀態(tài)等。如圖12所示。

（6）TC35-AT指令模塊：

AT+CPMS優(yōu)先信息存儲。這個命令定義用來讀寫 信息的存儲區(qū)域。

AT+CMGF優(yōu)先信息格式。執(zhí)行格式有TEXT方式 和PDU方式。

AT+CSAS保存設(shè)置。保存+CSAS和+CSMP的參

數(shù)。

AT+CMGL列出存儲的信息。AT+CMGS發(fā)送信息

AT+CSMP設(shè)置文本模式的參數(shù)。

AT+CMGD刪除短信息。刪除一個或多個短信息。 AT+WMSC信息狀態(tài)(是否讀過、是否發(fā)送等等)修正。

4.使用方法

與現(xiàn)有電子稱量裝置稱重類似，在稱重之時學(xué)生 手動輸人自己的編號，系統(tǒng)會將編號、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)信息保存到系統(tǒng)中，自動將記錄的編號擴(kuò)大1000倍后再與 重量值相加（本設(shè)計量程不超過150公斤，所以重量值 不會超過3位數(shù)字）。通過GSM模塊將統(tǒng)計好的數(shù)據(jù)輸?shù)诫娔X的接收端。在逐一過秤之后，接收端的電腦 會自動生成統(tǒng)計后的數(shù)據(jù)，電腦將傳過來的數(shù)據(jù)除以 1000，得到的商為編號，余數(shù)為重量值。最后整理成文 本的形式，可以馬上整理出當(dāng)日學(xué)生的總產(chǎn)量、均產(chǎn)量 及最高產(chǎn)量者，節(jié)約人力和時間，做到高效率。如圖13所示。

5.結(jié)語

本設(shè)計具有攜帶方便，易于操作的特點。經(jīng)過測 試，本重量采集系統(tǒng)測量精度可達(dá)5g，可實現(xiàn)稱重、計 算價格、統(tǒng)計總量，發(fā)送數(shù)據(jù)等主控功能。在本設(shè)計中 還采用漢字液晶屏顯示個人信息、稱重重量、單價、總 價等信息。采用4x4矩陣鍵盤進(jìn)行人機(jī)交互，操作便 捷，將得到具有個人信息的數(shù)據(jù)通過GSM模塊發(fā)送到 電腦中，供后期處理，并具有超量程報警功能，降低功 耗，延長電量的使用時間。對電路器件進(jìn)行設(shè)備的合理 安置，節(jié)約空間，由此可推廣到郵遞等物流公司及時將 進(jìn)出貨物的相關(guān)信息傳到后臺，可滿足正常使用需求。