基于ARM內(nèi)核、12864液晶顯示屏、HX711A/D轉(zhuǎn)換器和ZigBee無線通信技術，設計了多秤 盤高精度智能系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)的組成及工作原理，闡述了系統(tǒng)主要硬件和軟件的設計。該系統(tǒng)采用多秤 盤作為Zi g B e e無線組網(wǎng)的節(jié)點，與協(xié)調(diào)器之間進行信息交互。用無線替代了傳統(tǒng)的線纜連接秤盤方式，實 現(xiàn)了1個電子秤同時對多種商品稱重的功能。

0.引言

近年來，電子稱重越來越多涉及數(shù)據(jù)處理和過 程控制?，F(xiàn)代稱重技術和數(shù)據(jù)系統(tǒng)已經(jīng)成為工藝 技術、儲運技術、預包裝技術、收貨業(yè)務及商業(yè)銷售 領域中不可缺少的組成部分。在此介紹的是基于 STM32單片機控制的多秤盤電子秤系統(tǒng)，每一路 稱重傳感器對物品的重量進行檢測，然后通過模數(shù) 轉(zhuǎn)換芯片HX711將數(shù)據(jù)采集，最后將這一路的信 息通過ZigBee網(wǎng)絡上傳到協(xié)調(diào)器。其余幾路對稱 重信息也是同樣的處理，協(xié)調(diào)器對多路數(shù)據(jù)進行整 理，通過串口上傳到STM32，并實時顯示到液晶屏 上。系統(tǒng)在完成稱重的同時，還提供了一些計算功 能。對于商品價格的設定，可以通過按鍵輸入，或 者由上位機去設定，實現(xiàn)了較高的稱重精度，打破 了傳統(tǒng)的一個CPU對應一個秤盤的局限，提高了 電子秤的靈活性，同時降低了其成本。在一個顯 示屏上可以同時顯示各個秤盤的商品重量與價格， 具有很大的實用性，給用戶帶來了很大的便捷，具 有很好的商業(yè)前景。

1.系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)器把各個節(jié)點模塊組合在一起， 自動將各個托盤的質(zhì)量除去，實現(xiàn)上電自動校零功 能。對于每一路秤盤，當有物體放在托盤的時候， 壓力式傳感器發(fā)生形變，使電橋失去平衡輸出一個電壓值，hx71 1將這個電壓采集放大，得到一個對 應的數(shù)字信號，節(jié)點將這個信號通過ZigBee網(wǎng)絡上傳到協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器通過串口與STM32單片機通 信，最后，STM 3 2對各路信息處理后在液晶顯示屏 指定位置上顯示出物品重量。通過這樣的方式實 現(xiàn)多路秤盤同時稱重功能，與此同時，當物品指示 燈閃爍則表示托盤上有物體。系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了稱 重功能，而且還能夠計算和存儲。通過按鍵或者上 位機設置各路物品單價和數(shù)量，顯示出商品的價 格。具有價格低廉，使用方便等優(yōu)點。其中系統(tǒng)的 總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.系統(tǒng)硬件設計

2.1傳感器模塊

本設計選擇的傳傳器模塊是電阻應變式壓力 傳感器，其中最主要的核心是電阻應變片。電阻應 變片是一種將被測量器件的應變變化轉(zhuǎn)換為一種 電信號的敏感器件。在實際使用的時候，通常是將 應變片通過特殊的粘合劑緊密地粘合在受力產(chǎn)生 形變的物體表面。當被測物體受力產(chǎn)生應力變化 的時候，電阻應變片也相應地跟著拉伸。這樣就會 導致電阻阻值的變化，然后反映在加在電阻上面的 電壓變化。電阻變化是很微小的，將應變片組成橋 式的結(jié)構(gòu)[3]。通過信號放大等處理，傳送給STM32 單片機執(zhí)行相應的操作。各路傳感器模塊的電路 如圖2所示。

圖2傳感器模塊 橋式測量電路中有4個電阻，電橋?qū)墙尤牍?/span> 作電壓，另一個對角是輸出電壓。在此電橋電路 中，當4個橋臂達到電橋平衡的關系時，輸出的電壓 就應該為0。如果失去平衡就會輸出一個電壓，靈 敏檢流計能夠檢測出該信號，或者將該信號放大后 檢測。所以電橋能夠很精確地檢測出微小的電阻 變化，也就是微小的形變也能檢測出來，靈敏度很 高。在全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩片應 變片接入電橋?qū)叀］敵鲮`敏度比半橋提高了 1 倍，非線性誤差和溫度均得到了改善。

2. 2 A/D轉(zhuǎn)換模塊設計

HX711是一款專為高精度電子秤而設計的24 位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片集成了穩(wěn)壓電源、片 內(nèi)時鐘振蕩器。具有集成度高、響應速度快和抗干 擾性強等優(yōu)點。部分電路如圖3所示。

圖3 A/D轉(zhuǎn)換模塊 對每一路的電壓信息進行高精度采集，然后通 過ZigBee網(wǎng)絡將采集的壓力信號發(fā)送給協(xié)調(diào)器。 CPU把這個信號轉(zhuǎn)變成重量，在LCD指定位置進 行顯示。同時，用戶可以通過按鍵方式對每個秤盤 的重量、價格等信息進行計算。

2 .3 CC2530 模塊

本設計是將每一路秤盤節(jié)點采集的壓力信息， 通過ZigBee網(wǎng)絡上傳到CC2530協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器 采用星型網(wǎng)絡與各節(jié)點間實現(xiàn)通信。ZigBee是基 于IEEE802. 15. 4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，是一 種短距離、低功耗的無線通信技術。該模塊選用 了 TI公司的CC2530芯片來設計，在片內(nèi)集成了 8 位的8051MCU。該模塊性價比高，而且使用壽 命長。

協(xié)調(diào)器設備被激活后，首先進行對物理層所默 認的有效信道進行能量掃描，以檢測可能存在的網(wǎng) 絡重疊及PAN ID沖突干擾。并對檢測到的信道按 能量值進行信道排序。然后執(zhí)行主動掃描過程，以 選擇唯一的16位PAN ID，建立自己的網(wǎng)絡。

為構(gòu)建一個完整的ZigBee協(xié)調(diào)器，外圍電路 需要32 MHz晶振XTAL1為內(nèi)部微處理器提供時 鐘源，射頻部分需要有高精度的電感、電容和PCB 微波傳輸線，來匹配RF輸入輸出的阻抗。

2.4液晶顯示模塊

液晶顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分 子產(chǎn)生點、線、面，并配合背部燈管構(gòu)成畫面。本次 設計采用帶字庫的12864液晶顯示屏，這個模塊實 現(xiàn)了物重的實時顯示，把物重的重量、價格和一些 必要信息展現(xiàn)出來，如圖4所示。

2.5 STM32 模塊

系統(tǒng)采用STM32系列的處理器，它以 STM32F103ZET6為核心，主控芯片采用的是基于 Cortex-M3架構(gòu)的微控制器。它是32位的ARM 單片機，具有豐富的增強I/O端口和強大的外設資 源。STM32內(nèi)部SRAM比很多51單片機的Flash 還多，其他外設就更不用說了，STM32具有絕對的 優(yōu)勢。并且STM32的價格與51也是相差不多，性 價比高，功能也很強大，所以本設計選擇了 STM32 作為主控芯片。

節(jié)點采集到秤盤信息后，上傳到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào) 器通過串口將各路秤盤信息送給STM32，單片機將 各路信息進行處理并實時顯示。

3.軟件總體設計

基于STM32控制的多秤盤無線智能電子秤， 要實現(xiàn)稱重、顯示物重和計算總價等智能化功能。 為此，設計了本次程序總的軟件流程，如圖5所示。

3. 1 ZigBee協(xié)調(diào)器的工作流程

本設計用了 TI公司免費提供的Z-Stack2006 協(xié)議棧，作為CC2530協(xié)調(diào)器的開發(fā)平臺。Z- Stack2006協(xié)議棧的開發(fā)主要是對應用框架層（AF 層）和應用支持子層（APS層）的修改，并相應地添 加自己的驅(qū)動程序網(wǎng)絡層是以庫的形式提供，通 過調(diào)用接口函數(shù)可以加入網(wǎng)絡和查詢網(wǎng)絡的狀態(tài)， MAC層和物理層也不需改動。

ZigBee無線傳感網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器上電后，首先對 CC2530進行初始化，然后創(chuàng)建一個無線網(wǎng)絡，選定 一個PAN ID作為協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡標識，創(chuàng)建路由表， 然后對外發(fā)布廣播幀，通知傳感器節(jié)點可以加入該 網(wǎng)絡。當有子節(jié)點申請加入時，為每一個子節(jié)點分 配地址。當需要進行數(shù)據(jù)采集時，網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器發(fā)出 數(shù)據(jù)采集指令，之后等待接收采集到的數(shù)據(jù)，并將 數(shù)據(jù)發(fā)送到STM32處理器。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件 流程如圖6所示。

3.2稱重程序設計流程

本次設計的主要功能是稱重，然后計算物體的總 價，稱重這個模塊用到了 2個很重要的元件。一個是 電阻應變式壓力傳感器，當被測量物體放在傳感器上 面，傳感器就會產(chǎn)生機械變形，帶動粘合在上面的應 變片變形，這樣橋式的電橋就失去電橋平衡輸出一個 模擬量電壓。另外一個是HXH1芯片，該芯片是專 門為稱重而設計的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片。

4.結(jié)束語

設計了電子秤控制器，實現(xiàn)了上電自動清零校 正，能夠達到0.01 g的測量精度，并且實時地將物 體重量信息顯示在液晶屏上，可以通過按鍵或者上 位機軟件去設定物品單價以及數(shù)目，具有稱重和計 算功能。

ZigBee技術作為一種新的信息獲取和處理技 術，將其與ARM7架構(gòu)的STM32單片機相結(jié)合。把電子秤做得更加智能化，脫離了傳統(tǒng)的有線、單 秤盤的局限性，通過組網(wǎng)的方式就可以實現(xiàn)系統(tǒng)秤 盤的增加與減少；用戶可以很方便地通過實際需求 修改秤盤數(shù)量，也就是組網(wǎng)數(shù)量。

本設計通過對無線傳感器網(wǎng)絡的應用，以智能 電子秤為應用對象，設計了基于STM32處理器的 ZigBee無線多秤盤電子秤，完成了基于ZigBee網(wǎng)關 的I/O模塊的硬件原理設計；通過對ZgBee協(xié)議棧 的分析并結(jié)合CC2530的應用，進行了系統(tǒng)的整體 軟件設計。實現(xiàn)了對采集到的重量數(shù)據(jù)進行實時 傳輸與計算。解決了多顧客可以同時進行商品的 買賣，不再需要長時間排隊等待的問題，大大提高 了賣家出售商品的效率。這套系統(tǒng)具有很大的實 際應用價值，投入市場將會帶來很大的經(jīng)濟效益。