智能電子秤給人們的經(jīng)濟生活帶來了極大的便利，受到廣大用戶的青睞。木文以MSP430單片機為核心，通過一系 列軟硬件設(shè)計,實現(xiàn)了小重量物體的稱重功能，并通過液晶顯示模塊和基于ISD1760的語音模塊實現(xiàn)稱重數(shù)字化顯示并精 確語音播報功能。系統(tǒng)以編程后的單片機為控制核心，物體的重量通過HX711傳感器稱重模塊轉(zhuǎn)化為電信號，并經(jīng)由AD 轉(zhuǎn)換，將信號輸送給LCD液晶顯示模塊和ISD1760語音播報模塊，從而將實際稱得的重量實時通過LCD顯示并語音播報。

智能電子秤按照設(shè)計要求，應(yīng)分為數(shù)據(jù)采集模塊、控制器 模塊、人機交互液晶顯示界面三大模塊。在功能擴展上，還可 以增加一個語音播報功能使電子秤的設(shè)計更人性化智能化。 基于此，木系統(tǒng)的實現(xiàn)包含硬件和軟件設(shè)計兩大部分，具體以 MSP430單片機為核心控制器，以電阻應(yīng)變式壓力傳感器后接 HX711模塊實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換、采集和放大，從而將物體重量轉(zhuǎn)換 成單片機可處理的電壓信號。將處理好的電壓信號送到LCD 顯示模塊和基于ISD1760的語音播報模塊，在這之前需要先將 合成的語音片段按地址存人到ISD1760芯片中，記錄每一個語 音片段的地址，從而通過程序調(diào)用，實現(xiàn)按照實際稱重值進行 語音播報。

1.系統(tǒng)硬件設(shè)計方案

1.1系統(tǒng)硬件工作原理

該系統(tǒng)硬件主要包括單片機最小系統(tǒng)、基于HX711傳感器 稱重模塊、LCD顯示模塊和基于ISD1760的語音播報模塊，其 中，單片機最小系統(tǒng)板是M430G2553開發(fā)板，傳感器稱重模塊 采用雙孔懸臂平行梁應(yīng)變式稱重傳感器。顯示模塊采用IN- EX-GLCD5110，語音模塊采用ISD1760芯片加外圍擴展構(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USB線給整個系統(tǒng)供電，然 后將寫好的程序?qū)懭薓430單片機中，將單片機的引腳信號加 載到稱重模塊、LCD顯示模塊和語音播報模塊，從而使整個系 統(tǒng)工作起來。當(dāng)有物體放到秤臺上時，即可顯示并播報重量。

1.2系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.2.1單片機最小系統(tǒng)模塊

MSP430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指 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)動下 指令周期為125 nS，這些特點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，通過對應(yīng)端口連接到單片機的控制端，實現(xiàn) 對物體重量的測量。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

滿量程輸出電壓=激勵電壓*靈敏度2.0mv/v

②HX711模塊對產(chǎn)生的5mV電壓進行采樣。

步驟1:如何計算傳感器供電電壓

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VAVDD=VBG(R1 +R2 )/R2計算。

步驟2:如何計算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128倍放大后，最大電壓為8.6mV*128 = 1100.8mV 經(jīng)過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),測量出來的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128倍增益后為128 * 0.43A = 55.04AmV 轉(zhuǎn)換為24bit數(shù)字信號為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 連接好的稱重模塊如下圖3所示。

1.2.3基于ISD1760的語音播報模塊

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

在木設(shè)計中，為實現(xiàn)語音播報功能須事先將需要的聲音

通過線錄的方式存人芯片內(nèi)，當(dāng)將此模塊連進系統(tǒng)后則可直接 通過程序調(diào)用語音。連接好的語音播報模塊實物圖如下圖4 所示。

2.系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

2.1軟件功能設(shè)計目標(biāo)

稱重是系統(tǒng)的核心，語音播報是亮點。因此木次軟件開發(fā) 在Windows系統(tǒng)TI CCS平臺下采用模塊化設(shè)計，包括主程序， 傳感器處理子程序，LCD液晶顯示子程序及ISD1760語音芯片 驅(qū)動子程序等。

稱重傳感器數(shù)據(jù)處理子程序是通過稱重傳感器的模擬信 號進行放大，AD轉(zhuǎn)換來讀取稱重值。LCD顯示子程序主要用 來直觀顯示稱重值。語音播報程序是在獲得稱重值之后將稱 重值報讀出來，主要是通過SPI總線對語音芯片ISD1760進行 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

2.2.1 Altium Designer 軟件使用

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

如圖7、8所示。

2.2.2用CCS軟件編寫單片機控制程序

{ Weight_Shiwu=0;

HX711_Buffer = HX711_Read();

HX711_Buffer= HX711_Buffer/100;

Weight_Shiwu = HX711_Buffer;

//獲取實物的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)測試及總結(jié)

3.1系統(tǒng)測試方案

msp430采用TI MSP430 LunchPad最小系統(tǒng)板，不必進行 測試。對ISD1760語音模塊測試，焊接了由STC89C51RC(調(diào)試 及錄音用)與ISD1760芯片組成的語音板，利用上位機軟件進行 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 實物圖如上圖6所示。

3.2項目總結(jié)

經(jīng)過多次20kg以下重物稱重測試，該系統(tǒng)重復(fù)稱重精度能 達(dá)到III類標(biāo)準(zhǔn)，液晶顯示功能正常，語音播報及時準(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信號傳遞不穩(wěn)定，稱重誤差較大。如果改用高精密度的傳感器，效果定會明 顯改善。

該系統(tǒng)操作簡單，性能穩(wěn)定，硬件選配合理，價格低廉，且 易于擴展。軟件部分加人了人性化設(shè)計，如超重報警，語音播 報等特色功能，智能化、自動化程度較高。同時該系統(tǒng)可擴展 性較強，通過對軟硬件的修改或擴展，如添加鍵盤等，即能設(shè)計 出富有特色的計價秤、電子臺秤等，因此具備一定的工業(yè)應(yīng)用 價值。