智能電子秤的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

緒論1.1選題意義質(zhì)量在測(cè)量領(lǐng)域中是一個(gè)重要參數(shù)，稱重技術(shù)從古到今一直被人們所重視。公元前，人們?yōu)榱藢?duì)貨物進(jìn)行交換量進(jìn)行估計(jì)，起初人們采用的是木材或者土制作的容器對(duì)貨物進(jìn)行計(jì)量。自此以后，人們逐漸采用簡(jiǎn)單的秤來(lái)測(cè)定質(zhì)量。在中國(guó)，秤由早期的銅衡桿，慢慢演化成桿秤，再到如今我們身邊隨處都可以看到的機(jī)械臺(tái)秤、案秤、電子天平、地磅、拉力彈簧秤等。隨著科技的進(jìn)步，電子秤已經(jīng)是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚奈锲罚诤芏嗟胤蕉伎梢钥吹剿纳碛?，如超市、郵政等地。相比于傳統(tǒng)的桿秤，但就目前來(lái)看，市場(chǎng)上使用的稱量工具，在許多方面存在缺陷，比如運(yùn)行存在問(wèn)題，在結(jié)構(gòu)上相對(duì)復(fù)雜，具有較高的成本，或者精確度不高，穩(wěn)定性存在問(wèn)題等，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，進(jìn)行調(diào)整的時(shí)間長(zhǎng)，很多的零件都比較容易被損耗，實(shí)際維修的過(guò)程中難度也比較大，能源的消耗也是比較大的，這些都會(huì)對(duì)后期成本產(chǎn)生影響。另一方面，就目前市場(chǎng)情況來(lái)看，對(duì)總體上的水平還具有更高要求，電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展，更需要向多種功能的方向發(fā)展，例如數(shù)據(jù)處理功能，在最基礎(chǔ)的稱重方面以外，也可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，在上位機(jī)利用圖形化界面的操作軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理等，可以讓人們對(duì)于當(dāng)天的售賣(mài)物品進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析。由此可見(jiàn)，在某些方面有針對(duì)性，研究具備新價(jià)值的智能電子秤是當(dāng)務(wù)之急，從技術(shù)出發(fā)，對(duì)提到的需要改進(jìn)的地方進(jìn)行完善，這樣就可以讓人們?cè)谑褂秒娮映拥臅r(shí)候更為放心，也更加便捷。所以對(duì)智能電子秤進(jìn)行設(shè)計(jì)有著不容忽視的社會(huì)和現(xiàn)實(shí)的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，就開(kāi)始了數(shù)字式智能秤和數(shù)字稱重系統(tǒng)的研究，經(jīng)過(guò)十余年的努力，推出了多種數(shù)字式智能秤以及稱重系統(tǒng)。德國(guó)賽多利斯公司是世界著名的過(guò)程技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室儀器的供應(yīng)商，是稱重技術(shù)的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。該公司將精度為0.01g以上的天平歸為電子天平。其最新的BSA系列電子天平設(shè)計(jì)獨(dú)特，能有效、可靠地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室日常稱量工作。BSA系列采用40MHz的高速微處理器技術(shù)，縮短響應(yīng)時(shí)間，得到更快速的結(jié)果。具有前置式水平儀、防靜電涂層玻璃防風(fēng)罩能有效地屏蔽外界靜電荷的干擾、五面玻璃防風(fēng)罩，視野清晰、超級(jí)雙杠桿單體傳感器、四級(jí)防震等優(yōu)點(diǎn)，即使在環(huán)境條件不夠完美的情況下，也始終能得到可靠的稱量結(jié)果，全靠高度發(fā)達(dá)的數(shù)字補(bǔ)償運(yùn)算法則（數(shù)字補(bǔ)償digitalcompensation在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，以數(shù)字運(yùn)算方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到線性化或消除某些因素影響的目的。如熱電偶信號(hào)冷端補(bǔ)償、流量信號(hào)開(kāi)平方運(yùn)算、變送器非線性補(bǔ)償、執(zhí)行器非線性補(bǔ)償?shù)龋?。美?guó)奧豪斯公司的Ranger7000系列高精度電子秤擁有基本稱重、計(jì)數(shù)、百分比、檢重、動(dòng)態(tài)稱重(是指通過(guò)測(cè)量和分析輪胎動(dòng)態(tài)力測(cè)算一輛運(yùn)動(dòng)中的車(chē)輛的總重和部分重量的過(guò)程。系統(tǒng)由一組傳感器和含有軟件的電子儀器組成，可測(cè)量動(dòng)態(tài)輪胎力、車(chē)輛通過(guò)時(shí)間并計(jì)算輪重、軸重、總重?cái)?shù)據(jù)。按照設(shè)備適應(yīng)的速度范圍，可分為高速動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)自動(dòng)衡器兩種。)等諸多稱重應(yīng)用模式，大大減少了人工計(jì)算的工作量，并且可以通過(guò)選件控制諸多外設(shè)以及連接第二秤臺(tái)。同時(shí)1秒顯示穩(wěn)定速度，最高達(dá)350000d顯示分度，以及貿(mào)易結(jié)算計(jì)量許可，讓Ranger7000具備了在同一級(jí)別稱重設(shè)備中無(wú)以倫比的高準(zhǔn)確度。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)：不銹鋼秤盤(pán)，紅黃綠三色檢重指示燈外加蜂鳴器報(bào)警功能，防滑可調(diào)秤腳，多語(yǔ)言選擇（中文、英語(yǔ)、法語(yǔ)、西班牙語(yǔ)等），可調(diào)節(jié)的濾波設(shè)置（濾波是指利用一定的手段抑制無(wú)用信號(hào)，增強(qiáng)有用的數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程），自動(dòng)打印，穩(wěn)定顯示，過(guò)載/欠載顯示，亮度調(diào)整，自動(dòng)黑屏等功能。瑞士的梅特勒-托利多公司的ME系列電子秤采用其內(nèi)置多種稱重程序：基礎(chǔ)稱量、計(jì)件稱量、百分比稱量檢重稱量、動(dòng)態(tài)稱量、配方稱量等多種稱量方式。同時(shí)具有動(dòng)態(tài)的溫度補(bǔ)償，實(shí)時(shí)修正環(huán)境溫度波動(dòng)對(duì)稱量結(jié)果的影響。由此可見(jiàn)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在電子秤方面已經(jīng)取得了較高的成就。特別是在準(zhǔn)確度和可靠性等諸多方面有了很大的提高。并且其應(yīng)用性能趨向于綜合性和組合型。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，電子稱重器在商業(yè)銷(xiāo)售中的使用已相當(dāng)普遍。在國(guó)內(nèi)，50年代中期由于電子技術(shù)的滲入，推動(dòng)了電子衡器工業(yè)的發(fā)展。從60年代初期最初的機(jī)電結(jié)合型，經(jīng)過(guò)50多年的努力，發(fā)展到如今的全電子型和數(shù)字型。使得我國(guó)在電子衡器制造行業(yè)取得了巨大的成就。邵樹(shù)春在《電子稱重技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)》一文中就談到，電子稱重技術(shù)慢慢從靜態(tài)過(guò)渡到動(dòng)態(tài)展，也逐漸從模擬測(cè)量發(fā)展到數(shù)字測(cè)量，并從單參數(shù)測(cè)量發(fā)展到多參數(shù)測(cè)量發(fā)展。然而總體而言，目前我國(guó)的國(guó)內(nèi)稱重技術(shù)發(fā)展達(dá)到了國(guó)際中20世紀(jì)90年代中期的水平，并且少數(shù)技術(shù)已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先位置。在期刊《水利電力機(jī)械》中，楊東海寫(xiě)到，電子秤如今已經(jīng)被社會(huì)所公認(rèn)，它能夠完成一般機(jī)械秤所不能夠完成的計(jì)量問(wèn)題，因此電子秤的研究以及開(kāi)發(fā)將會(huì)越來(lái)越多得到社會(huì)的重視。雖然我國(guó)目前在電子秤的測(cè)量精度上，與國(guó)外相差1個(gè)數(shù)量級(jí)，但是我國(guó)在電子秤研究方面也取得了很大的成就。張書(shū)芳在《第九屆稱重技術(shù)研討會(huì)》中提出的門(mén)座式起重機(jī)動(dòng)態(tài)電子秤，主要應(yīng)用于大型的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)。羅及紅也在《計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制》一書(shū)中發(fā)表了自己對(duì)于高精度電子秤的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)敘述了以DSP處理器TMS320LF2407為信息處理核心的高精度電子秤。且電子秤的各種性能也均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《非自動(dòng)秤通用檢定規(guī)程JJG555-1996》規(guī)定的三級(jí)秤指標(biāo)。另外，國(guó)際電子秤產(chǎn)品也已網(wǎng)絡(luò)化，我國(guó)基本上處在起步階段,如楊柯編寫(xiě)的《智能網(wǎng)絡(luò)電子計(jì)價(jià)秤》也獲得了專利，說(shuō)明我國(guó)電子秤的網(wǎng)絡(luò)化也在逐步地發(fā)展。另外目前國(guó)內(nèi)的上海大和衡器有限公司、廣東香山衡器股份有限公司、上海大華電子秤廠、頂尖電子有限公司、太原太航電子科技有限公司的電子秤產(chǎn)品一點(diǎn)也不遜色于國(guó)外，無(wú)論是精度還是穩(wěn)定性上來(lái)說(shuō)，都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。從以上的一些資料不難看出，我國(guó)的電子秤的發(fā)展正處于一個(gè)快速，穩(wěn)定的發(fā)展階段。而且總的發(fā)展趨勢(shì)是小型化，模塊化，集成化，智能化；其技術(shù)性能趨向是速率高、準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高；并且應(yīng)用性能更加趨向于綜合性和組合性。。在國(guó)內(nèi)，上海友聲衡器有限公司和深圳市匯思科電子科技有限公司兩家公司做的比較出色。上海友聲衡器有限公司,產(chǎn)品特點(diǎn)：一、電路集成度高、簡(jiǎn)單可靠。采用目前世界上最先進(jìn)的Σ-Δ增量調(diào)制型單片集成AD轉(zhuǎn)換技術(shù)，與目前大部分衡器廠家所采用的傳統(tǒng)雙積分電路相比，具有精度高、采樣速度快、集成度高、電路簡(jiǎn)單、維修特別方便等優(yōu)勢(shì)，尤其是電路的長(zhǎng)期可靠性和互換性優(yōu)越，保證了大規(guī)模生產(chǎn)的穩(wěn)定質(zhì)量。二、低功耗設(shè)計(jì)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊跟電子技術(shù)發(fā)展潮流，從傳感器供電電路、主機(jī)電路設(shè)計(jì)到器件選擇，均符合低功耗要求。部分液晶顯示型號(hào)產(chǎn)品在內(nèi)置蓄電池充足電后最多可以工作400多小時(shí)，該指標(biāo)在同類(lèi)衡器產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位。作為重量測(cè)量?jī)x器，智能電子在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸廣泛，傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測(cè)量稱使用人數(shù)逐漸降低，因?yàn)槠渚哂幸韵聝?yōu)勢(shì)：測(cè)量速度快、測(cè)量精度高并且容易進(jìn)檢測(cè)等。因此，稱重技術(shù)的研究和衡器工業(yè)的發(fā)展各國(guó)都非常重視。

2設(shè)計(jì)方案與論證2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)功能如下：（1）實(shí)現(xiàn)0~20KG的量程測(cè)量且誤差在0~10g；（2）當(dāng)物品超過(guò)測(cè)量范圍則會(huì)進(jìn)行報(bào)警：（3）可以根據(jù)單價(jià)來(lái)計(jì)算物品的價(jià)格；（4）測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在OLED上；（5）手機(jī)可遠(yuǎn)程查看測(cè)量結(jié)果，以及通過(guò)手機(jī)端修改物品的單價(jià)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本智能電子秤設(shè)計(jì)以STC89C52單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示，由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、按鍵模塊、數(shù)據(jù)通信模塊以及報(bào)警模塊構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集模塊使用壓力傳感器采集物品重量，其物品重量是模擬信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，交由單片機(jī)進(jìn)行處理，若超出測(cè)量范圍，則蜂鳴器進(jìn)行超重報(bào)警，若未超重則將處理后的數(shù)據(jù)由顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，也可通過(guò)按鍵模塊計(jì)算出該物品的價(jià)格，同時(shí)也可通過(guò)手機(jī)查看物品重量并且進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。圖2-1系統(tǒng)框圖2.3設(shè)計(jì)方案選型2.3.1單片機(jī)選擇方案一：采用單片機(jī)AT89C51芯片?將單片機(jī)AT89C51芯片作為系統(tǒng)的控制核心，其擁有4KB的Flash閃速存儲(chǔ)器，128B內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O接口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量的兩級(jí)終端結(jié)構(gòu)，，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路以及個(gè)全雙工串行通信口。設(shè)計(jì)師們被單片機(jī)AT89C51的強(qiáng)大功能吸引，因此其在眾多控制領(lǐng)域得到廣泛使用。?方案二：采用單片機(jī)STC89C52芯片?STC89C52是CMOS8位微控制器的一種，其耗能水平較低，且有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，STC89C52具有靈活的8位CPU以及在系統(tǒng)可編程Flash因此給一些嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提出一些具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的意見(jiàn)。并且其擁有下列標(biāo)準(zhǔn)功能:32位I/0口線，512字節(jié)RAM，一個(gè)6向量2級(jí)中結(jié)構(gòu)，看門(mén)狗定時(shí)器，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，全雙工串行口。最高運(yùn)作頻率為35Mhz，6T/12T可選。綜上所述，STC89C52單片機(jī)的模式為12T，也可以為6T，而AT89C51模式只有6T；且AT89C51只有兩個(gè)16位定時(shí)器，而STC89C52含有三個(gè)16位定時(shí)器；相對(duì)于工作電壓前者為5V,后者可以是3.3V—5V;前者的RAM只有128字節(jié)，相對(duì)比較后者除此之外還有1280RAM擴(kuò)展；除此之外AT89C51只能通過(guò)編輯器編程，而STC89C52有ISP功能，而且價(jià)格低廉。因此綜上考慮選擇方案二2.3.2數(shù)據(jù)采集模塊選擇方案一：FSR402傳感器FSR402傳感器是一款重量輕，體積小的超薄型電阻式壓力傳感器。工作電壓為5VDC@165mA，感應(yīng)面積為12.7mm ，該傳感器感應(yīng)類(lèi)型為被動(dòng)式可變電阻。感應(yīng)范圍在100kg~10kg?？捎糜跈C(jī)械加持器末端感測(cè)有無(wú)夾持物品，仿生機(jī)器人足下地面感測(cè)，哺乳類(lèi)動(dòng)物咬合測(cè)試生物實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用范圍廣泛。方案二：HX711傳感器HX711傳感器作為24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片一種，其具有較高的稱重精度。和同類(lèi)型其它芯片比較來(lái)說(shuō)，該芯片具有穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等同類(lèi)型芯片都具有的外圍電路，因此具有以下優(yōu)勢(shì)：抗干擾能力強(qiáng)、集成度高、響應(yīng)速度快，電子秤的整機(jī)構(gòu)建成本也會(huì)因此降低，整機(jī)的性能以及可靠程度有所上升。該芯片和后端MCU芯片的接口和編程內(nèi)容并不復(fù)雜，管腳驅(qū)動(dòng)所有控制信號(hào)，因此可省略省略對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程的步驟。輸入選擇開(kāi)關(guān)可以在通道A或通道B內(nèi)進(jìn)行選擇，能夠其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器連接。通道A的可編程增益為128或64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值在±20mV或±40mV范圍內(nèi)。通道B固定在32增益，在系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)中進(jìn)行使用。芯片內(nèi)提供的穩(wěn)壓電源能夠?yàn)橥獠總鞲衅饕约靶酒瑑?nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器供應(yīng)電源，系統(tǒng)板上不需要額外的模擬電源。芯片內(nèi)的時(shí)鐘振蕩器也不需要進(jìn)行任何外接。綜上所述，F(xiàn)SR402壓力傳感器雖然應(yīng)用范圍廣泛，但是該傳感器壓力檢測(cè)不是非常精確，不符合設(shè)計(jì)要求。而HX711是一款高精度稱重傳感器，編程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。因此，選擇方案二HX711稱重傳感器更符合設(shè)計(jì)要求。2.3.3顯示模塊選擇方案一：OLED顯示屏OLED顯示屏幕器件的核心層厚度很薄，為液晶的1/3，器件為全固態(tài)機(jī)構(gòu)，無(wú)真空，液體物質(zhì)，抗震性好，可以適應(yīng)巨大的加速度，振動(dòng)等惡劣環(huán)境。OLED使用的二極管能夠自己發(fā)光，所以不存在背面光源條件的要求，因此其具有以下顯著優(yōu)勢(shì)：發(fā)光轉(zhuǎn)化效率較高，能耗和液晶相比較低，OLED可以在材質(zhì)不同的基板上進(jìn)行制造。此外OLED質(zhì)量較輕，成本低省電等優(yōu)點(diǎn)深受客戶喜愛(ài)。方案二：LCD1602顯示屏LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，可以顯示16x02即32個(gè)字符。LCD1602液晶顯示的背后理論是以液晶的物理特性為基礎(chǔ)，經(jīng)由電壓控制顯示區(qū)域，圖形便會(huì)顯示出來(lái)。1602液晶又稱1602字符型液晶，作為點(diǎn)陣型液晶模塊，它專門(mén)用來(lái)顯示字母、符號(hào)、數(shù)字等。其由若干5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位，每一個(gè)字符都能通過(guò)點(diǎn)陣字符位表示，每位之間的間隔有一個(gè)點(diǎn)距。因此，其發(fā)揮字符間距以及行間距的作用。綜合上述兩種顯示屏的比較，為了能夠更直觀的顯示實(shí)時(shí)稱重?cái)?shù)據(jù)，因此選擇方案一OLED作為顯示模塊。2.3.4通信模塊選擇方案一：使用NRF24L01模塊nRF2401是單片射頻收發(fā)芯片，工作頻段為2.4～2.5GHzISM，芯片內(nèi)部還包含頻率合成器、晶體振蕩器功率放大器和調(diào)制器等功能模塊，通過(guò)程序?qū)敵龉β室约巴ㄐ蓬l道實(shí)施相應(yīng)的配置配置。芯片耗能系數(shù)較低，當(dāng)其發(fā)射功率在-5dBm時(shí)，其工作電流處于10.5mA，接收時(shí)的工作電流僅為18mA，并擁有多種低功率選擇模式，能夠有效實(shí)現(xiàn)能量的節(jié)省。其DuoCeiverTM技術(shù)讓nRF2401能夠通過(guò)同一天線下進(jìn)行工作，可以同時(shí)獲取兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。nRF2401在多種無(wú)線通信環(huán)境中適用較多，如無(wú)線鼠標(biāo)、遙控開(kāi)鎖、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、遙控玩具等。RF2401是由Nordic公司出版的單芯片無(wú)線收發(fā)芯片（最新版本是nRF2401A，nRF2401AG也就是無(wú)鉛工藝版本），工作在2.4GHz～2.5GHz的全球免申請(qǐng)（ISM）頻率。芯片主要由以下部分構(gòu)成：完全集成的頻率合成器，晶體振蕩器、功率放大器以及調(diào)制器。3線SPI端口能夠完成發(fā)射功率和工作頻率等工作參數(shù)的設(shè)置。極低的電流消耗，在輸出功率為-5dBm時(shí)，其僅為10.5mA，在接收模式下，數(shù)值達(dá)到18mA。掉電模式下的耗能非常有限。方案二：使用藍(lán)牙模塊藍(lán)牙技術(shù)作為近距離無(wú)線通信技術(shù)的一種在眾多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)槠淇垢蓴_能力強(qiáng)，并且具有較高的安全系數(shù)。經(jīng)由單片機(jī)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)藍(lán)牙模塊的相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊和藍(lán)牙手機(jī)的聯(lián)系，確保藍(lán)牙手機(jī)對(duì)能夠同時(shí)控制單片機(jī)以及藍(lán)牙模塊系統(tǒng)。此外，藍(lán)牙模塊還能夠和特定藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行綁定，在嵌入式安全系統(tǒng)中對(duì)其進(jìn)行運(yùn)用，系統(tǒng)的安全性以及穩(wěn)定性能夠得到有效提高。藍(lán)牙模塊能夠和微控制器的串行端口相聯(lián)，確保微控制器經(jīng)由藍(lán)牙和其他設(shè)備通信進(jìn)行連接。模塊本身能夠在主模式以及從模式下進(jìn)行工作，在各種應(yīng)用能夠得到廣泛應(yīng)用，像數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用、智能家居應(yīng)用，遠(yuǎn)程控制，機(jī)器人，監(jiān)控系統(tǒng)等。綜合上述兩種通信模塊的比較，藍(lán)牙技術(shù)是一種近距離無(wú)線通信技術(shù)，且安全性高以及受干擾型小。此外藍(lán)牙模塊還能與特定的藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行綁定，在嵌入式安全系統(tǒng)中進(jìn)行廣泛使用，可以很大程度上提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及安全性，因此選擇方案二。2.3.5報(bào)警模塊選擇方案一：有源蜂鳴器因?yàn)橛姓?fù)之分的，發(fā)出的聲音音調(diào)單一、頻率固定，所以程序控制較為方便。方案二：無(wú)源蜂鳴器是沒(méi)有正負(fù)之分的，所以聲音頻率是可控的，類(lèi)似于喇叭，可以做出多來(lái)米發(fā)索拉西的效果，且無(wú)源蜂鳴器更為便宜。綜上所述，選擇方案一有源式蜂鳴器，具有程序控制方便，可以直接用直流電壓驅(qū)動(dòng)發(fā)聲的優(yōu)勢(shì)，更符合在智能門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)顯報(bào)警模塊的需求。

3硬件部分設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)模塊3.1.1單片機(jī)介紹STC89C52是CMOS8位微控制器的一種，其耗能水平較低，且有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。其制造工藝是采取Atmel?公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，因此其不會(huì)出現(xiàn)和工業(yè)80C51?產(chǎn)品指令和引腳不兼容的情況。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)編程，也可適用于常規(guī)編程器。在單芯片上，STC89C52具有靈活的8位CPU以及在系統(tǒng)可編程Flash，讓其能夠適用于眾多眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)：其主要功能特性如表3-1所示：表3-1單片機(jī)功能特性具有靈活的8位CPU以及在系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash?晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率能達(dá)到?12MHz）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）在?4KB?內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）達(dá)到?256字節(jié)?32?個(gè)可編程I/O?口線?8?個(gè)中斷向量源掉電后中斷可喚醒；?看門(mén)狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識(shí)符?低功耗空閑和掉電模式；全雙工UART串行通道?三個(gè)?16?位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，即T0、T1、T2三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器?工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V-2.0V（3V單片機(jī)）工作溫度環(huán)境：-40~+85℃（工業(yè)級(jí)）/0~75℃（商業(yè)級(jí)）PORT2（P2.0～P2.7）：端口2是雙向I/O端口，擁有內(nèi)部提升電路。每一個(gè)引腳均能實(shí)現(xiàn)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，假如將端口2的輸出設(shè)置在高電平狀態(tài)，該端口能夠承擔(dān)輸入端口的功能。P2可以被用于一般I/O端口上，如果將程序存儲(chǔ)器等擴(kuò)充于STC89C51上，便可以提供地址總線的高字節(jié)A8～A15，那么P2將不會(huì)被用于I/O。?PORT1（P1.0～P1.7）：其中的端口1就是雙向I/O端口，對(duì)于內(nèi)部提升電路有很大作用，其配置了輸出緩沖器，能夠?qū)?個(gè)LS?TTL負(fù)載進(jìn)行推動(dòng)，如果端口1的輸出是處于高電平狀態(tài)，就可以通過(guò)該端口完成數(shù)據(jù)輸入過(guò)程。但若使用的是8052、8032，那么，P1.0可能會(huì)充當(dāng)定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳的角色，另外，P1.1能夠發(fā)揮T2EX功能，所以通常被用于外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。?PORT3（P3.0～P3.7）：其中的端口3就是雙向I/O端口，對(duì)于內(nèi)部提升電路有很大作用，其也同樣配置了輸出緩沖器，能夠?qū)?個(gè)LS?TTL負(fù)載進(jìn)行推動(dòng)，另外還可以發(fā)揮串行通信功能、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制功能以及外部中斷控制功能等等。接下來(lái)，本課題在圖3-1中展示了單片機(jī)引腳圖。圖3-1單片機(jī)引腳圖3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹作為一個(gè)常見(jiàn)的集成電路芯片，單片機(jī)通過(guò)超大規(guī)模技術(shù)，同一芯片上集成了微處理器（CPU）、輸入、輸出接口電路（I/O接口）以及存儲(chǔ)器，從而建立了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)輕便、功能強(qiáng)大。由于單片機(jī)程序的精準(zhǔn)控制，可以幫助程序設(shè)計(jì)者完成各項(xiàng)程序收集任務(wù)。因此，一片單片機(jī)芯片能夠集成計(jì)算機(jī)所有功能。單片機(jī)與外圍器件以及各類(lèi)應(yīng)用程序所形成的系統(tǒng)被叫做最小系統(tǒng)，該系統(tǒng)又被定義為：通過(guò)配置最少元件而創(chuàng)建能夠正常運(yùn)行的單片機(jī)系統(tǒng)。在51系列單片機(jī)的過(guò)程中，最小系統(tǒng)由以下幾個(gè)內(nèi)容組成。1、單片機(jī)89C51單片機(jī)，數(shù)量為1片2、電源5V直流電源，數(shù)量為1個(gè)3、晶振電路包括12MHz晶振，數(shù)量為一只、30pF瓷片電容，數(shù)量為2只。3.1.3晶振時(shí)鐘電路為了能夠有效控制波特率位于9600~19200之間，使其能夠很好地運(yùn)用在串口通訊場(chǎng)景中，往往會(huì)調(diào)整晶振頻率值為11.0592MHz。有時(shí)也會(huì)調(diào)整為12MHz，目的是要獲取精確的uS級(jí)時(shí)歇，從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作功能。在單片機(jī)的內(nèi)部，還配置了獨(dú)立的高增益反相放大器，這也是振蕩器構(gòu)造的重要組成部分。往往會(huì)于引腳XTALl和XTAL2兩個(gè)位置處跨接石英晶體，同時(shí)配置兩個(gè)補(bǔ)償電容，以構(gòu)建如圖3-2所示的自激振蕩器以及X1、C1、C2。也能夠按照具體運(yùn)行狀態(tài)來(lái)選取合適的石英晶體，頻率可以是6MHz、12MHz或24MHz，一般來(lái)說(shuō)，補(bǔ)償電容的瓷片電容參數(shù)是30pF。圖3-2時(shí)鐘電路圖3.1.4復(fù)位電路單片機(jī)小系統(tǒng)能夠完成復(fù)位操作，具體方式有兩種，第1種是上電自動(dòng)復(fù)位。接通電源便能夠立即自動(dòng)復(fù)位，但是要借助電容C3充電。第2種是手動(dòng)按鍵復(fù)位，接通電源之后，單片機(jī)保持運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)操作的方式，接通電阻R1以及VCC接通，從而實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。下圖3-3為單片機(jī)復(fù)位電路圖。圖3-3復(fù)位電路圖3.2數(shù)據(jù)采集模塊硬件設(shè)計(jì)3.2.1數(shù)據(jù)采集模塊介紹HX711是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片無(wú)論是在集成度方面還是在抗干擾方面，都有著比其他芯片更加優(yōu)越的優(yōu)勢(shì)。在該芯片內(nèi)，集成了穩(wěn)壓電源的電路與片內(nèi)時(shí)鐘震蕩器的電路等，輕便且完善，節(jié)省了電子秤整機(jī)開(kāi)支，增強(qiáng)了整機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性以及可靠性。該芯片能夠很好地與后端MCU芯片的接口之間進(jìn)行連接，簡(jiǎn)化了編程，管腳可以驅(qū)動(dòng)全部的控制信號(hào)，不再需要額外的寄存器編程。通過(guò)輸入選擇開(kāi)關(guān)的方式來(lái)完成通道的合理選取，通道有兩個(gè)，一是通道A，二是通道B，從而可以連接內(nèi)部低噪聲可編程放大器。對(duì)于通道A來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)的可編程增益可以是128（滿額度差分輸入信號(hào)幅值控制在±20mV），也可以是64（滿額度差分輸入信號(hào)幅值控制在±40mV）。對(duì)于通道B來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)的可編程增益只能是32，可以被用在檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)過(guò)程中。在芯片的內(nèi)部集成了穩(wěn)壓電源，既可以將電源提供至內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器，也可以提供至外部傳感器，不再需要設(shè)置額外的模擬電源。內(nèi)部集成的時(shí)鐘震蕩器也無(wú)需額外的外接器件。開(kāi)機(jī)的初始化程序會(huì)由于上電自動(dòng)復(fù)位功能而大大簡(jiǎn)化。3.2.2數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì)如圖3-4所示為數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)：圖3-43.3報(bào)警模塊硬件設(shè)計(jì)3.3.1報(bào)警模塊介紹有源蜂鳴器之所以會(huì)發(fā)出聲音，主要通過(guò)壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。在其內(nèi)部有很多的壓電材料，比如壓電陶瓷。這些材料被施于電壓作用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)械變形。而且，如果壓電陶瓷受到了振動(dòng)，便立即會(huì)產(chǎn)生大量的電荷。在機(jī)械變形以及電荷轉(zhuǎn)換的作用下，壓電式蜂鳴器就會(huì)發(fā)出聲音。就像上文所提及的，振動(dòng)、電壓的變化以及頻率的變化共同形成了電壓作用。在有源蜂鳴器的內(nèi)部還存在大量的多諧振蕩器，能夠發(fā)出電壓信號(hào)，電壓信號(hào)值控制于1.5—2.5kHZ，所以這也是有源蜂鳴器可以發(fā)聲的原因之一。有源蜂鳴器作為常見(jiàn)的電子訊響器，是具有一體化結(jié)構(gòu)的，供電來(lái)源主要是直流電壓，目前已在計(jì)算機(jī)以及復(fù)印機(jī)等電子產(chǎn)品中有所運(yùn)用。有源蜂鳴器不需要外部的激勵(lì)源，只需要接入直流電源，即可自動(dòng)發(fā)出聲音（聲音頻率相對(duì)固定），它的工作發(fā)聲原理是：直流電源輸入之后，在震蕩系統(tǒng)放大取樣電路下，由于諧振裝置效應(yīng)而傳遞一些聲音信號(hào)，原理圖如圖3-5所示：圖3-5蜂鳴器工作原理圖3.3.2報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)如圖3-6所示為蜂鳴器報(bào)警模塊的電路圖：圖3-6蜂鳴器報(bào)警模塊電路3.3按鍵模塊硬件設(shè)計(jì)3.3.1按鍵模塊介紹在鍵盤(pán)電路中通常包括以下幾個(gè)重要部分，一是鍵盤(pán)接口電路，二是按鍵（主要通過(guò)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行控制的功能鍵以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入的數(shù)字調(diào)節(jié)鍵共同發(fā)揮作用），三是鍵盤(pán)掃描程序。在鍵盤(pán)電路中涉及16個(gè)按鍵。鍵盤(pán)的電路連接如圖?3.7所示：鍵盤(pán)工作原理如下所示：將鍵帽摁下之后，復(fù)位彈簧迅速被壓縮下去，使得動(dòng)靜片觸點(diǎn)之間處于連接狀態(tài)，從而接通了按鍵，將低電平發(fā)送至單片機(jī)的端口。鍵帽松開(kāi)之后，按鍵立即處于斷開(kāi)狀態(tài)。在鍵盤(pán)多個(gè)鍵的數(shù)目，從而減少I(mǎi)?/?O端口被占用時(shí)，通常配置成矩陣形式的鍵。在矩陣鍵盤(pán)的交叉口處的每個(gè)水平和垂直線交點(diǎn)處都用一個(gè)按鈕來(lái)進(jìn)行連接。當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)鍵時(shí)，延遲時(shí)間做測(cè)試，以確定下一個(gè)步驟。如果該鍵被按下時(shí)，哪一個(gè)應(yīng)確定鍵關(guān)閉。鍵盤(pán)作為一個(gè)按鍵組合，往往既包括數(shù)據(jù)鍵又包括功能鍵。在計(jì)算機(jī)中，典型的鍵盤(pán)形式有兩種，第1種是編碼鍵盤(pán)，第2種是非編碼鍵盤(pán)。在編碼鍵盤(pán)中，鍵的編碼可以通過(guò)硬件電路完成，當(dāng)按鍵之后便會(huì)立即出現(xiàn)鍵代碼，同時(shí)擁有去除抖動(dòng)等功能，使用過(guò)程非常簡(jiǎn)單，但往往要配置額外的高價(jià)格硬件，所以在單片機(jī)中的運(yùn)用頻率并不高。在非編碼鍵盤(pán)中，通過(guò)程序的方式來(lái)對(duì)按鍵閉合狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，既提供了去處抖動(dòng)產(chǎn)生鍵的代碼處理功能，又同時(shí)提供了處理轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能等等。所以，該類(lèi)鍵盤(pán)所對(duì)應(yīng)的硬件電路往往會(huì)使用較少的經(jīng)濟(jì)支出，但實(shí)際運(yùn)行期間往往要占用非常長(zhǎng)的CPU的時(shí)間?，F(xiàn)階段，非編碼鍵盤(pán)被廣泛運(yùn)用于單片機(jī)領(lǐng)域中。本課題也會(huì)圍繞非編碼鍵盤(pán)接口進(jìn)行研究。（1）在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)部，按鍵輸入的原理既包括了復(fù)位鍵的特定復(fù)位電路，又包括了穿衣復(fù)位功能。除此以外的其他按鍵基本都通過(guò)保持開(kāi)關(guān)狀態(tài)的方式來(lái)調(diào)整控制功能以及設(shè)置輸入數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)會(huì)在按下某個(gè)特定的功能鍵或者數(shù)字鍵之后實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。具體過(guò)程如下所示。CPU通過(guò)查詢或中斷的方法對(duì)鍵輸入情況進(jìn)行分析并確定鍵被按下的情況,接著使得鍵號(hào)被送到累加器A,利用散轉(zhuǎn)指令JMP@A+DPTR完成功能程序轉(zhuǎn)入執(zhí)行功能，最后返回至主程序。（2）按鍵開(kāi)關(guān)是具備去除抖動(dòng)功能的?，F(xiàn)階段，在大多數(shù)的stc89C51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)，都設(shè)置了機(jī)械點(diǎn)式按間功能，具體如圖3.1所示。能夠發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在閉合瞬間還是在斷開(kāi)瞬間，機(jī)械點(diǎn)都會(huì)發(fā)生抖動(dòng)現(xiàn)象，抖動(dòng)的時(shí)間會(huì)顯著相關(guān)于開(kāi)關(guān)機(jī)械性情況，常見(jiàn)的抖動(dòng)時(shí)間控制于5-10ms。在抖動(dòng)的情況下，難以準(zhǔn)確讀出查詢到的信息。舉個(gè)例子，在某次鍵的抖動(dòng)過(guò)程中，CPU可能會(huì)將低電平信號(hào)多次采集并進(jìn)行反饋，但可能會(huì)誤認(rèn)為是多次按下的操作，從而完成鍵輸入的多次操作，顯然是不符合要求的。因此出于對(duì)CPU一次閉合鍵的考慮，只是在按鍵穩(wěn)定期間方可做進(jìn)一步的鍵輸入處理，使前沿（后沿）抖動(dòng)影響程度保持最小。3.3.2按鍵模塊電路設(shè)計(jì)如圖3-7為按鍵模塊電路圖：圖3-7按鍵輸入模塊電路圖3.4顯示模塊硬件設(shè)計(jì)3.4.1顯示模塊的介紹OLED屏幕作為一種新型的顯示技術(shù)，其自身可以發(fā)光，亮度，對(duì)比度高，功耗低，在當(dāng)下備受追捧。而在我們正常的顯示調(diào)整參數(shù)過(guò)程中，我們?cè)絹?lái)越多的使用這種屏幕。我們使用的一般是分辨率為128×64，屏幕尺寸為0.96寸。由于其較小的尺寸和比較高的分辨率，讓它有著很好的顯示效果和便攜性。OLED顯示屏的響應(yīng)時(shí)間比LCD液晶顯示屏快，僅有幾微妙到幾十微妙。OLED用低壓直流驅(qū)動(dòng)，亮度和對(duì)比度通過(guò)軟件可以控制，使用非常方便。自帶片選CS信號(hào)，可以通過(guò)SPI或者IIC通信協(xié)議與單片機(jī)通信。OLED采用二極管自行發(fā)光，因此不需要背光源，效率高，功耗低等優(yōu)勢(shì)。OLED屏內(nèi)部驅(qū)動(dòng)芯片為：SSD1306。OLED的管腳說(shuō)明如下表3-7所示：表3.7OLED管腳功能說(shuō)明名稱用途GND電源地VCC電源正（3~5.5V）D0OLED中的D0腳，在SPI和IIC通信內(nèi)部是時(shí)鐘管腳D1OLED中的D1腳，在SPI和IIC通信內(nèi)部是數(shù)據(jù)管腳 RESOLED中的RES#腳，實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能（低電平復(fù)位）DCOLED中的D/C#腳，數(shù)據(jù)和命令控制管腳CSOLED中的CS#腳，即片選管腳3.4.2顯示模塊電路設(shè)計(jì)如圖3-8展示了OLED顯示模塊電路圖：圖3-8OLED顯示模塊電路圖3.5通信模塊硬件設(shè)計(jì)3.5.1通信模塊介紹藍(lán)牙BLE模塊是一種集成藍(lán)牙功能的PCBA板。是低成本、短距離、可互操作的魯棒性無(wú)線技術(shù)，工作在免許可的2.4GHzISM射頻頻段。BLE是藍(lán)牙4.0中的單模模式。相對(duì)于3.0更省電、成本低、3毫秒低延遲、超長(zhǎng)有效連接距離，AES-128加密等。也就是說(shuō)藍(lán)牙4.0的范圍更廣，像支持音頻的傳統(tǒng)藍(lán)牙就屬于藍(lán)牙4.0，像SKYLAB支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)乃{(lán)牙模塊就都屬于BLE藍(lán)牙模塊。該藍(lán)牙模塊應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求比較高的產(chǎn)品中，比如：智能家居類(lèi)(藍(lán)牙鎖、藍(lán)牙燈)、傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送(血壓計(jì)、溫度傳感器)、消費(fèi)類(lèi)電子(電子煙、遙控玩具)等。3.5.2通信模塊電路設(shè)計(jì)如圖3-8所示為藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)：圖3-8藍(lán)牙模塊電路

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件開(kāi)發(fā)工具的介紹統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)控制的核心控制部分。具體任務(wù)是，將該系統(tǒng)引入至前期硬件設(shè)計(jì)中，構(gòu)成合理的程序結(jié)構(gòu)，對(duì)不同區(qū)塊的內(nèi)容及順序進(jìn)行系統(tǒng)分配。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)不同部分的主程序，接著設(shè)計(jì)其他各類(lèi)模塊程序，使其銜接為完整程序，和硬件共同發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)軟件開(kāi)發(fā)功能。Keil?C51?的首次開(kāi)發(fā)者是美國(guó)Keil?software?公司，該系統(tǒng)是51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，其內(nèi)部有大量的庫(kù)數(shù)據(jù)，集成了多項(xiàng)開(kāi)發(fā)功能，開(kāi)發(fā)調(diào)試工具μVision2也都采用了windows界面。觀察編譯所得到的匯編代碼，便能夠發(fā)現(xiàn)keil?C51目標(biāo)代碼生成的效率以及通俗易懂性，特別是在一些大型軟件開(kāi)發(fā)方面，高級(jí)語(yǔ)言地位更加突出。Keil的版本目前是V7版本，作為一個(gè)功能強(qiáng)大的8051C編譯器，?在系統(tǒng)要求方面卻并不高，普通的windows系統(tǒng)即可，基于安裝提示便可迅速安裝。?在集成編寫(xiě)期間，該軟件的運(yùn)行環(huán)境是Vision2編譯環(huán)境，這種環(huán)境為常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)性windows應(yīng)用程序，既發(fā)揮了源代碼編輯功能，又具有程序生成器功能等，界面友好和適用性較強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，為大多數(shù)開(kāi)發(fā)者所信賴的工具軟件之一。4.2系統(tǒng)總流程設(shè)計(jì)智能電子秤在主程序方面主要包括四個(gè)模塊，分別是數(shù)據(jù)采集模塊、報(bào)警模塊、按鍵模塊、顯示模塊。系統(tǒng)總流程圖如圖4-1所示，程序開(kāi)始執(zhí)行后，首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化；接著開(kāi)始測(cè)量物品的重量，同時(shí)啟用HX711轉(zhuǎn)換器，將信號(hào)放大并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)將會(huì)進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行判斷，測(cè)量當(dāng)前物品是否超重，若超重則蜂鳴器馬上進(jìn)行報(bào)警，若沒(méi)有超重，則會(huì)在OLED顯示屏上顯示當(dāng)前重量，再進(jìn)行按鍵操作，若已按鍵則通過(guò)藍(lán)牙將按鍵值發(fā)送到APP，串口接收到數(shù)據(jù)，若得到數(shù)據(jù)，將通過(guò)物品的單價(jià)計(jì)算出物品的總價(jià)，顯示在OLED顯示屏上，再通過(guò)確認(rèn)鍵將所測(cè)物品的重量發(fā)送到手機(jī)APP，APP更新當(dāng)前已賣(mài)出物品的條形圖。圖4-1系統(tǒng)總流程圖4.3數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集模塊流程圖如圖4-2，基本原理為：首先初始化STC89C52單片機(jī)的ADC引腳，其次對(duì)HX711稱重模塊的電壓模擬量進(jìn)行測(cè)量，再將ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電壓模擬量為數(shù)字量，接著再根據(jù)公式計(jì)算出物品的重量。圖4-2數(shù)據(jù)采集模塊流程圖4.4報(bào)警模塊軟件設(shè)計(jì)報(bào)警模塊程序流程圖如圖4-3所示。首先初始化報(bào)警模塊，單片機(jī)將所得到的物品數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，，若重量超過(guò)量程，蜂鳴器則馬上發(fā)出警報(bào)，若未超重，蜂鳴器則不發(fā)出警報(bào)。圖4-3報(bào)警模塊程序流程圖4.5按鍵模塊軟件設(shè)計(jì)按鍵模塊程序流程圖如圖4-4所示。首先對(duì)鍵盤(pán)引腳進(jìn)行初始化，鍵盤(pán)行數(shù)置為低電平，對(duì)列數(shù)進(jìn)行讀取，判斷是否有按鍵按下，若無(wú)則返回上一步；若有則進(jìn)行延時(shí)消抖，再一次進(jìn)行列數(shù)判斷，獲取列值；同時(shí)鍵盤(pán)列數(shù)置為低電平，獲取行值，通過(guò)鍵盤(pán)的按鍵或者松開(kāi)來(lái)進(jìn)行判斷，最終返回鍵值。圖4-4按鍵模塊程序流程圖4.6顯示模塊軟件設(shè)計(jì)OLED顯示模塊程序流程圖如圖4-5所示。首先初始化IIC和OLED，顯示當(dāng)前物品重量，再通過(guò)種類(lèi)按鍵按下判斷，顯示物品種類(lèi)的信息（物品名稱和單價(jià)），再進(jìn)一步顯示該物品的總價(jià)。圖4-5顯示模塊程序流程圖4.7通信模塊軟件設(shè)計(jì)通信模塊程序流程圖如圖4-6所示。首先對(duì)串口進(jìn)行初始化，其次判斷是否連接上手機(jī)藍(lán)牙，若連接成功則LED指示燈常亮，若連接失敗則LED指示燈閃爍。圖4-6通信模塊程序流程圖4.8上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)子程序流程圖如圖4-7所示。首先打開(kāi)藍(lán)牙適配器，對(duì)藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行搜索，找到藍(lán)牙設(shè)備后，點(diǎn)擊連接藍(lán)牙，獲取該藍(lán)牙設(shè)備服務(wù)UIDD，再對(duì)是否接收到下位機(jī)物品種類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，若接收成功，則將物品對(duì)應(yīng)單價(jià)發(fā)送到下位機(jī)；若接收失敗，則返回上一級(jí)，其次再對(duì)是否接收到物品重量信息做出判斷，若接收成功，則更新上位機(jī)端的重量曲線圖，若失敗，則返回到上一層的判斷處進(jìn)行重新判斷。4-7上位機(jī)子程序流程圖

5系統(tǒng)測(cè)試5.1軟硬件聯(lián)調(diào)5.1.1硬件的調(diào)試本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為稱重模塊、報(bào)警模塊、藍(lán)牙模塊、通信模塊和顯示模塊等5部分組成。每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)上均有其難點(diǎn)和特殊性，需要嚴(yán)格按照原理圖設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)，原理圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下所示：1.各功能塊布局要合理，整份原理圖需要布局均衡，避免有些地方很擠，而有些地方很松。2.

將稱重模塊、播報(bào)模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和顯示模塊各功能部分模塊化，方便差錯(cuò)和修改程序。3

在接插口時(shí)盡量將外設(shè)分布在四周，不要分布不均一面造成一側(cè)的端口不夠用。例如電源輸入，輸出負(fù)載接口等等。4

對(duì)于一些像滑阻類(lèi)似的可調(diào)元件,都應(yīng)該標(biāo)清楚方向以及物體說(shuō)明，以免在實(shí)驗(yàn)中損壞器件。5

外部的元器件在向主控電路接入的過(guò)程中，采取就近原則即可。6

濾波器件應(yīng)該就近排放，減少不必要的空間浪費(fèi)。7

重點(diǎn)的模塊、信號(hào)和器件，應(yīng)該用標(biāo)簽標(biāo)注清楚，接線清楚,接口也要標(biāo)注清楚。9

將所需要的所有二極管統(tǒng)一放在一個(gè)表格中，進(jìn)行標(biāo)注作用，方便后續(xù)的錯(cuò)誤檢測(cè)與查找。

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在寫(xiě)文檔時(shí)，將重要的程序可以用黑體或者加粗。

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用于特別表示的文字，或者標(biāo)簽，為了更好的區(qū)分可以不同的用不同的顏色區(qū)分，例如器件用紅色，接口用黃色等等。12

在標(biāo)注元器件參數(shù)時(shí)，應(yīng)該格外注重電阻的阻止，或者器件的工作電壓，和工作條件，這一行為將方便檢查故障。5.1.2軟件的調(diào)試程序設(shè)計(jì)技術(shù)的不同會(huì)影響軟件的調(diào)節(jié)方式和軟件結(jié)構(gòu)的選擇，在選擇程序設(shè)計(jì)技術(shù)時(shí)若選擇了模塊的技術(shù)，那么在系統(tǒng)程序總調(diào)試之前要先調(diào)試好每個(gè)模塊。若選擇了實(shí)時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng)，那么一般是將每個(gè)任務(wù)按順序逐一調(diào)試。針對(duì)模塊形式的程序，在調(diào)試時(shí)需要將每個(gè)子程序都來(lái)調(diào)試一邊。并且在子程序進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，要符合兩個(gè)條件即入口和出口這兩個(gè)條件，調(diào)試手段也有兩種，即單步和斷點(diǎn)這兩個(gè)運(yùn)行方式，在檢查程序的執(zhí)行結(jié)果時(shí)主要看這一結(jié)果能否在設(shè)計(jì)要求的范圍之內(nèi)，即系統(tǒng)的CPU剛生產(chǎn)出來(lái)的狀況、RＡM的主要內(nèi)容和I／Ｏ口的當(dāng)時(shí)狀態(tài)。利用檢測(cè)這一環(huán)節(jié)，可以發(fā)現(xiàn)程序中的很多問(wèn)題，并將問(wèn)題進(jìn)行調(diào)試來(lái)解決，如系統(tǒng)中的死循環(huán)、密碼和轉(zhuǎn)移地址等多種類(lèi)型的錯(cuò)誤，并且，還能檢查到程序中的軟件和硬件的問(wèn)題，在檢查出問(wèn)題后及時(shí)的進(jìn)行調(diào)試，將所有的模塊都得以調(diào)試一邊。在調(diào)試完每個(gè)小模塊之后，在將有關(guān)聯(lián)的功能連接到一塊進(jìn)行總的調(diào)節(jié)。如果這時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，那么要考慮造成這一現(xiàn)象的多種可能原因，例如在子程序在運(yùn)行時(shí)現(xiàn)場(chǎng)是否被破壞了,緩沖的單元和任務(wù)寄存器是不是發(fā)生了沖突等等還有很多引起這一現(xiàn)象的原因，如果系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)是在開(kāi)發(fā)機(jī)的監(jiān)控下運(yùn)行的，那么還需要思考是不是緩沖和監(jiān)控程序這兩個(gè)單