本文以實(shí)現(xiàn)基于GSM通信模塊的數(shù)字電子稱為目的，采用以STC15F2K61S2單片機(jī)為主控芯片，外圍附加稱 重電路、顯示電路、報(bào)警電路、鍵盤電路、GSM通信模塊等構(gòu)成智能稱重系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室測(cè)試樣品 的方法，得出所設(shè)計(jì)電子稱功能穗定，且誤差在2%以內(nèi)。

稱重計(jì)量器件在人們的生活中隨處可見，早期稱重計(jì)量 器件主要以秤砣等物理方式進(jìn)行，然而隨著電子技術(shù)的發(fā) 展，電子稱漸漸地出現(xiàn)了，隨著智能芯片的發(fā)展，數(shù)字電子稱 技術(shù)正向著基于傳感器與主控核心的數(shù)顯電子稱的方向發(fā) 展，目前人們?cè)谠O(shè)計(jì)電子秤系統(tǒng)時(shí)大量地采用集成芯片，因 此電子秤系統(tǒng)巳經(jīng)擺脫了以往的電子模式，正趨向智能化多 元化方向發(fā)展。關(guān)于數(shù)宇電子稱的研究與應(yīng)用，目前大部分 數(shù)字電子稱還停留在單機(jī)工作的模式上，雖然部分智能電子 稱通過藍(lán)牙與智能設(shè)備相連，但市面上還沒有通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn) 行聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字電子稱。為了讓智能的數(shù)字電子稱能夠在沒有 WiFi或網(wǎng)絡(luò)條件較差的情況下能夠聯(lián)網(wǎng)，作者以網(wǎng)絡(luò)覆蓋較 廣的GSM通信為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于GSM通信模塊的 數(shù)宇電子稱系統(tǒng)，本系統(tǒng)可將電子稱獲取的信息通過GSM 通信模塊發(fā)送到客戶手中，客戶能夠遠(yuǎn)程獲取電子稱信息， 了解貨物重量，并與電子稱進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)宇電子稱與遠(yuǎn) 程用戶的網(wǎng)絡(luò)交互。

1.設(shè)計(jì)思想

文中以一臺(tái)量程為0~5 kg的電子稱為原型，由于壓力傳 感器輸出的電量是模擬量，數(shù)值比較小達(dá)不到A/D轉(zhuǎn)換接收 的電壓范圍，所以送A/D轉(zhuǎn)換之前要對(duì)其進(jìn)行前端放大、整 形濾波等處理，最后將A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理并顯示，其數(shù)據(jù)顯示部分采用LCD顯示。

作為一款以GSM通信模塊為網(wǎng)絡(luò)載體的智能型產(chǎn)品，作者在設(shè)計(jì)時(shí)考慮使用低功耗高效率的MCS51單片機(jī)作為產(chǎn) 品的控制核心系統(tǒng)框圖如圖1所示，本文采用STC15F2K61S2 單片機(jī)作為控制核心曰，GSM通訊模塊采用西門子的TC35PI。

2.控制核心及傳感器

多功能網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制核心主要是對(duì)傳感器 采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)顯示及與GSM通信，要實(shí)現(xiàn)這 樣的功能使用51系列單片機(jī)便可滿足，本文使用 STC15F2K61S2單片機(jī)，作為主控核心。單片機(jī)除了處理本地 數(shù)據(jù)外，還需要通過串口與GSM模塊進(jìn)行通信。系統(tǒng)功能框 圖如圖1所示。

電阻應(yīng)變式壓力傳感器主要由彈性體、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(shí)，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?。?，從而使電橋失去 平衡,產(chǎn)生相應(yīng)的差動(dòng)信號(hào)，供后續(xù)電路測(cè)量和處理％通過 圖2可知，當(dāng)壓力作用于傳感器上方時(shí)，由于變形，R1 R3的 阻值會(huì)增大;的阻值會(huì)減小，導(dǎo)致電橋不平衡而產(chǎn)生了 電勢(shì)差，這個(gè)壓差與所受的力成一定比例，根據(jù)比例可將壓力與電壓進(jìn)行等價(jià)，處理后得出質(zhì)量。

文中采用HX711芯片作為電子稱的數(shù)據(jù)處理芯片，主 要通過該芯片完成壓力傳感器的數(shù)值的處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換。 HX711是一款電子稱專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，它內(nèi)部集成了穩(wěn) 壓電源、時(shí)鐘振蕩器等，它擁有較高的集成度，使用可靠性 高，成本低’同時(shí)電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單。

主控芯片與HX711相連需要査看芯片手冊(cè)，了解管腳 功能后再進(jìn)行操作，作者通過芯片手冊(cè)了解到，該芯片與單 片機(jī)的連接較簡(jiǎn)單，單片機(jī)的管腳可直接驅(qū)動(dòng)芯片的控制信 號(hào)，不需要對(duì)芯片進(jìn)行編程。壓力傳感器的數(shù)值通過A或B 通道進(jìn)入芯片，芯片內(nèi)部的放大電路會(huì)將壓力傳感器傳來的 數(shù)值進(jìn)行增益。值得一提的是HX711內(nèi)部有穩(wěn)壓電源可直 接給模數(shù)轉(zhuǎn)換器供電，不需要額外的給芯片增加電源，大大 地簡(jiǎn)化了模數(shù)芯片的電路設(shè)計(jì),其電路圖如圖3所示。

GSM通信模塊采用模塊支持RS232串口和LVTTL串 口，并帶硬件流控制，支持5-24 V的超寬工作范圍'使得本 模塊可以非常方便的與單片機(jī)進(jìn)行連接，從而給提供包括語 音、短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ茉谑褂?/span>GSM模塊時(shí)由 開發(fā)者編寫一套通信協(xié)議，用戶可根據(jù)通信協(xié)議的要求，本 系統(tǒng)發(fā)送短信，如“zhongliang”，智能電子稱會(huì)根據(jù)用戶發(fā)送 的信息，向用戶手機(jī)（開發(fā)者預(yù)設(shè)的號(hào)碼）發(fā)送質(zhì)量信息。

文中使用德國西門子工業(yè)GSM模塊TC35i模塊，該模塊 由STC89C52RC單片機(jī)、GTM900-B模塊組成所設(shè)計(jì)的電 子稱的主控芯片通過串口與TC35i模塊的單片機(jī)進(jìn)行串口通 信，完成收、發(fā)指令的操作。STC系列單片機(jī)通過+5 V、GND、 TXD、RXD4個(gè)排針下載程序,4個(gè)排針為單片機(jī)的TTL接口， 使用時(shí)，系統(tǒng)主控芯片（上位機(jī))通過此端口選擇和單片機(jī)通 訊或GSM通訊。該模塊SIM卡座在GSM模塊下邊，安裝SIM卡即可使用，引腳連接示意圖如圖4所示。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主函數(shù)主要完成系統(tǒng)程序的所有功能，由于采取結(jié) 構(gòu)化的設(shè)計(jì)方式，主函數(shù)的編碼相對(duì)較少，主要是對(duì)函數(shù)的調(diào) 用。程序開始執(zhí)行時(shí)，首先進(jìn)行初始化，當(dāng)初始化完成后，調(diào)用 模數(shù)轉(zhuǎn)換函數(shù)，通過處理讀取壓力傳感器的數(shù)據(jù)再通過矩 陣鍵盤掃描函數(shù)，讀取單價(jià)，將處理后的壓力傳感器的數(shù)據(jù)與 單價(jià)進(jìn)行處理，得出金額，將所有數(shù)據(jù)送到液晶屏上顯示，同 時(shí)通過串口將數(shù)據(jù)通過GSM模塊發(fā)送到指定的手機(jī)上.用 戶可不在現(xiàn)場(chǎng)便得到所稱物體的質(zhì)量。程序流程如圖5所示。

A/D數(shù)據(jù)采集子程序的功能是將壓力傳感器采集到的極 小電壓進(jìn)行比較放大后％，再送到處理芯片里進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 的方式進(jìn)行的。文中采用HX711芯片作為電子稱的芯片，選 用了增益為128的通道A。流程圖如圖6所示。

GSM模塊編程，在程序設(shè)計(jì)中，需要設(shè)置目的手機(jī)地址、 編寫發(fā)送短信內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)查詢、發(fā)送模式選擇、讀取短 信命令等設(shè)置，程序如下：

uchar code TC_MDSJ2 □={?’13876809290”} ； // 目的手機(jī)

地址，

uchar code TC_MDSJ1[]=「AT+CMGS=’’};

地址，

uchar code TG_ZXH 1[]={MAT+CSCA=M)；

uchar code TC_FSNR[]={MI AM 0KMJ ；

內(nèi)容。

uchar code TC_WLZT[]={MAT+CREG?")；

查詢

uchar code TC_MSXZ[]={MAT+CMGF=1")；

選擇。

uchar code TC_DQML[]={"AT+CMGR= 1"}

讀取命令。

uchar code TC_SCML[]={MAT+CMGD=1M)；

刪除命令。

uchar code TC_ATF[]={nAT&F"}；

命令。

uchar code TC_ATE0[]={，’ATE0’’};

命令

uchar code TC_SMS_l[]={nAT+CNMI=2,1,0；M)；

通知命令

//向串口發(fā)送一個(gè)字符 void send_uart ( char a_s)

{ // TI= 0 ；

while (Tl! =1){；}

SBUF=a_s；

TI= 0 ；

//串口接收中斷函數(shù) void serial () interrupt 4 using 3 f

if (RI)

{

RI = 0 ；

i_receive=SBUF ；

TC35—RE[i_TC35_RECE++]=i_receive;

II i_TC35_RECE++；

if (i_TC35_RECE >TC35_MAX) {TC35一MAX = i_TC35_RECE；}

4.測(cè)試與分析

測(cè)試設(shè)置的稱重量程為0?5 kg,測(cè)試過程中數(shù)據(jù)較為精 確，誤差控制在2%，手機(jī)能夠順利接收到所測(cè)數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié) 果如表1所示。

本設(shè)計(jì)實(shí)物設(shè)計(jì)如圖7所示很好地將傳感器與控制器 結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字稱重的效果，此外，由于通過GSM與手機(jī) 進(jìn)行通訊，使得在一些WiFi無法覆蓋的領(lǐng)域也能應(yīng)用。在一 些果地、水果批發(fā)市場(chǎng)，當(dāng)購買方與銷售方不在一起時(shí)能夠 進(jìn)行交易，大大地簡(jiǎn)化了商人們的購買手續(xù)。

5.結(jié)論

文中闡述了數(shù)字電子稱與GSM組合的一種新用法，解 決在無網(wǎng)絡(luò)條件下的智能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)問題，不過本設(shè)計(jì)仍存在 許多需要改進(jìn)的設(shè)計(jì)，比如為了防止欺詐，能否加裝攝像頭、 所稱重的數(shù)據(jù)能否存儲(chǔ)并查閱等，隨著4G技術(shù)的推廣，也可 采用4G通信模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，然而4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題能 否完美解決，這都是需要后續(xù)改進(jìn)的。