1引言

称重控制系统在日常生活中提供了更多的便利，可以在减轻工作强度和改善工作环境方面发挥重要作用，已成为人类称重和运输的重要手段。目前，大多数称重控制系统采用继电器或可编程控制器（PLC）控制方法，具有成本高和三相电源的缺点。

研究了一种基于单片机的称重控制系统的设计。以单片机为核心，辅以适当的硬件电路和控制程序对整个称重信号进行检测和控制，具有低成本、通用性、灵活性、易扩展和易于实现复杂控制等优点。它主要侧重于将基础理论知识与实际情况相结合，同时培养自己的自主创新和问题分析能力，加深对知识的理解并为未来的研究奠定坚实的基础。本文介绍了总体设计的研究背景和关键技术，并提出了新型称重控制的意义。

2称重控制系统构成

称重控制系统的总体部分分为三个部分:数据采集模块、控制器模块和人机界面模块。数据采集模块由信号处理和A/D转换两部分组成。转换后的数字信号立即传输到单片机控制器进行处理，单片机控制器进一步处理数字量，然后驱动称重模块、显示电路模块和报警模块，完成人机之间的信息交换，实现报警提示功能。

称重控制系统采用HX711模块检测重量；采用5V四相步进电机将称重后的物品送到指定位置，并配有状态指示灯，方便显示位置和称重系统的运行情况；安装蜂鸣器以提供到达位置和安全提示。位置信息和压力限制可以通过按钮调节。有机发光二极管显示当前压力、压力极限和位置。LED灯指示称重系统的运行方向。当重量超过称重模块的极限时，蜂鸣器发出警报，称重系统停止运行。上位机会实时显示压力值。

2.1称重系统模块简介

2.1.1A/D转换器介绍

A/D转换器可以将输入的模拟电压和模拟电流转换成与其成比例的数字量，也就是说，它可以通过特定的处理将模拟量转换成特定的数字信号。A/D转换器种类繁多，原则上可分为四种:双积分A/D转换器、逐次逼近A/D转换器、并行A/D转换器、计数器A/D转换器和A-ZA/D转换器。在称重控制系统的设计中，双积分A/D转换器和A-3A/D转换器被广泛使用。

双区分离数模转换器具有很强的抗干扰能力。正负对称性可以将工频干扰信号简化为零，因此对50Hz工频干扰有相对较好的抑制能力，对工频干扰也有很好的滤波效果。如果干扰电压的平均值为零，对输出没有影响。特别是对于这种系统，逐渐变化的压力信号很快就会受到工频信号的干扰，因此双积分数模转换器的应用可以大大降低对滤波电路的要求。

对于称重系统来说，HX711是一个不错的选择HX711是一款24位A/D转换芯片，它是专门为高精度称重传感器而设计的与其他同类型芯片相比，该芯片集成了其他类型芯片所需的外围电路，包括片内时钟振荡器和稳压电源，它具有响应速度快，集成度高，抗干扰能力强后端MCU芯片与芯片之间的接口和编程都很容易，所有控制信号都由引脚驱动，无需编程芯片内部的寄存器P输入选择开关也可用于选择通道A或通道B连接其内部的低噪声可编程放大器通道A具有128或64的可编程增益，对应的满量程差分输入信号幅度分别为20mV或40mV通道B是64的固定增益，用于检测系统参数。芯片中的稳压电源可以直接为外部传感器芯片中的A/D转换器和外部传感器提供电能，系统板上的时钟振荡器不需要其他模拟电源芯片和其他外部元件，上电自动复位功能简化了上电复位功能。

一般在使用中，HX711主要是将称重模块产生的模拟信号转化成高精度的数字信号给单片机处理。其中：GND表示接地；DT的功能是串口数据输出，SCK的功能是断电控制和串口时钟输人，VCC表示接5V。

2.1.2单片机的选型

串行转换器是由意大利GS微电子公司和法国ThomsonSemiconductor公司与意法半导体公司合并而成。ARMCortex-M内核的32位微控制器专为嵌入式应用而设计。其优点是成本低，功耗低，但性能好，其中串行转换器F103C8T6是一个较好的选择。

串行转换器F103C8T6微控制器是整个称重系统控制器系统的核心，它向其他模块发出指令并整合资源以实现相应的功能，减少不必要的布线。性价比高，抗干扰能力强，系统中还有一个可编程存储器另外，它还有很多外围功能模块，可以根据厂家提供的程序例程、指令和相应的调试辅助软件快速编程，它是一个与MCS-51单片机兼容的特殊功能，工作电压35V~55V，OHz~33MHz的全静态时钟，三级程序加密，32个可编程I-0串口，6/8个中断源，2/3个16位定时器/计数器和全双工串行通信端口，支持低功耗的空闲和掉电模式，掉电模式支持中断唤醒、看门狗定时器、双数据指针和上电复位标志，此外32K数据存储被扩展以满足系统要求B。

2.1.3步进电机驱动模块

电机的旋转是将脉冲电信号转换成相应的角位移或线位移，即给出一个脉冲信号电机的旋转是将脉冲电信号转换成相应的角位移或线位移，即给出一个脉冲信号电机的角位移与脉冲数成正比，其转速与脉冲频率成正比(f)在无过载情况下，电机的转速和停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响，即当给电机加一个脉冲信号时，由于单片机的驱动电流较小，电机转过一个步距角，不能直接用来驱动电机，其优点不能充分发挥出来，因此，达林顿阵列驱动一般用于为电机提供大转矩，使其稳定工作。本文将一台5V四相步进电机直接连接到芯片ULN2003上，通过改变单片机I/O引脚的状态来改变控制端的电平，使电机正反转和停止，ULN2003是一种高耐压器件，由七个硅NPN达林顿晶体管组成，可以直接驱动继电器等负载芯片。

2.1.4报警模块

考虑到安全问题，当承重大于设定压力值时，说明此时系统超重。为了用户的安全，此时不能让称重系统运行。这时候就需要启动蜂鸣器报警系统，提醒用户此时超重。当称重传感器监测到压力在允许的运行范围内时，用户可以根据自己的需要选择需要到达的位置。本设计采用5V四相步进电机设计传动系统。步进电机正转向上传动，步进电机正转向下传动。当它到达用户用键选择的指定位置时，电机停止运转。此时蜂鸣器提示到达所选位置，到达的位置也会显示在有机发光二极管显示屏上，LED灯可以实时显示传输方向。

2.1.5输出显示

液晶显示器的工作原理:液晶显示器的主要材料是液晶。在特定的温度范围内，它既具有液体的流动性，又具有晶体的某些光学特性，其透明度和颜色随电场、磁场和光照等外界条件而变化。因此，使用液晶制作显示设备可以反映外部条件的上述变化，从而形成逼真的效果。虽然ZLG7289具有控制数码管显示的功能，但考虑到中文的显示，还是考虑了具有中文字体的LCD。因为它可以在没有大屏幕的情况下以页面形式显示，所以最终选择了点阵式LCD-OCM4x8c。

3称重系统软、硬件方案分析

3.1硬件方案

称重控制系统设计的主要功能是通过步进电机控制称重系统的运行；通过按键调整位置，有机发光二极管屏幕显示当前压力、压力大小和位置，LED灯指示最大负载极限的方向，如果超过重量，蜂鸣器将启动报警提示并停止运行；当您到达按键选择的位置时，蜂鸣器会提示您到达。

系统开始初始化，称重模块获得当前压力值。目的地位置、当前位置、称重传感器获得的数据和压力极限都显示在有机发光二极管显示屏上。根据编写的程序，系统将判断当前位置是否与所选位置一致。如果没有，系统将运行以使其到达选定的位置。本设计采用独立的供电系统为单片机、HX711电路和传感器供电。

3.2软件方案

称重系统仪器软件由主程序和中断服务程序两大部分组成，软件设计采用显示部分，步进电机驱动部分，称量模块部分，控制系统部分，报警部分，传输数据部分。

4结论

本文基于串口转换器的称重控制系统。串口转换器是一种微控制器，它相较于PLC更具有优势，在KEL上进行程序编写，并且烧录进单片机中。本次设计达到了以下功能：步进电机实现控制功能；能通过按键调节传送的位置与压力限额；OLED屏幕显示实时到达位置，压力限制额度与实时压力：LED灯指示上下方向；当重量超过计量模块限额，蜂鸣器发出警报并将停止运行；当达到目的位置时，蜂鸣器响，提示指定位置已经到达；上位机VB可实时读取压力数据，与限制额度。本文完成软硬件设计、电路焊接、系统调试等工作。经过测试，系统基本满足设计目标。解决了称重控制系统在设计中的优化问题，确定了化，精密化设计的思想。