一、前言

本文設(shè)計了一種能實現(xiàn)數(shù)字化管理功能的電子計價秤，采用RF技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實現(xiàn)對電子計價秤進(jìn)行數(shù)字化管理，并運用PROTEUS軟件進(jìn)行設(shè)計仿真。

二、防止稱重作弊原理分析

從市場調(diào)查來看，稱重技術(shù)作弊最常用的方法有:加裝機(jī)械開關(guān)、加裝遙控器、設(shè)置密碼、更改芯片，通過這些方法改變傳感器激勵電壓、改變重量計算程序，從而達(dá)到稱重作弊目的。本設(shè)計的電子計價秤特征:一是采用STC89C52單片機(jī)芯片，因為芯片具有唯一的ID號，可解決更換芯片進(jìn)行稱重作弊的問題；二是采用了標(biāo)準(zhǔn)信號比對技術(shù)，可解決改變傳感器激勵電壓進(jìn)行稱重作弊的問題；三是利用上位機(jī)發(fā)送指令，動態(tài)讀取程序代碼片斷，與管理系統(tǒng)中的代碼進(jìn)行比對，可解決修改程序進(jìn)行稱重作弊的問題；四是利用無線收發(fā)技術(shù)可以向上位機(jī)(管理系統(tǒng))傳輸稱重作弊信息(時間、ID、重量、金額)，可對作弊信息進(jìn)行記錄。

三、電子計價秤方案設(shè)計

1.電路原理框圖設(shè)計

電路原理框圖如圖1所示，由傳感器、標(biāo)準(zhǔn)信號產(chǎn)生電路、由HX711芯片構(gòu)成的放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)(STC89C52)、無線收發(fā)電路、時鐘電路、顯示電路、語音提示電路、鍵盤、電源等組成。傳感器的作用就是將物體重量轉(zhuǎn)化為電壓信號，原理表達(dá)式為:U0=W×K×U(式中:W———物體重量，kg；K———靈敏度，mV/V·kg；U———傳感器激勵電壓，V)。HX711芯片是一款專為高精度電子計價秤設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，有兩個通道(A、B)，A通道接傳感器信號，計量重量；B通道接標(biāo)準(zhǔn)信號，用于對計量重量準(zhǔn)確性比對。兩個通道輸入的模擬電壓信號，經(jīng)內(nèi)部放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸出到單片機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)信號電路用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電壓。無線收發(fā)電路采用315MHz通信頻率，與電子計價秤管理系統(tǒng)之間進(jìn)行指令、數(shù)據(jù)的雙向無線傳輸。時鐘電路采用DS1302時鐘芯片，產(chǎn)生年、月、日、時、分、秒信號。與傳統(tǒng)的電子計價秤電路相比，本電路增加了標(biāo)準(zhǔn)信號電路和無線收發(fā)電路，使本設(shè)計的電子計價秤不僅具有稱重功能，還具有防止稱重作弊和實現(xiàn)數(shù)字化管理功能。

本設(shè)計電子計價秤主程序流程圖如圖2所示。初始化子程序內(nèi)容包括單片機(jī)參數(shù)、顯示狀態(tài)、時鐘參數(shù)、無線收發(fā)模塊參數(shù)初始設(shè)置。鍵盤輸入和無線收發(fā)指令接收采用中斷方式。顯示采用兩線I/O擴(kuò)展芯片CH425，CH425可動態(tài)驅(qū)動16只LED數(shù)碼管，通過二線串行接口與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)。無線接收中斷收發(fā)服務(wù)程序流程圖如圖3所示。

四、電子計價秤數(shù)字化管理設(shè)計

1.數(shù)字化管理系統(tǒng)組成

電子計價秤數(shù)字化管理系統(tǒng)主要由電子計價秤、無線信號收發(fā)電路、計算機(jī)組成，如圖4所示。利用RF技術(shù)實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。管理系統(tǒng)中安裝一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電子計價秤管理軟件，在該軟件支撐下實現(xiàn)對電子計價秤的數(shù)字化管理。

2.數(shù)字化管理系統(tǒng)指令格式與規(guī)定

數(shù)字化管理系統(tǒng)指令由同步頭、地址碼(2BIT)、數(shù)據(jù)類型(1BIT)、指令或數(shù)據(jù)(NBIT)組成。上位機(jī)與電子計價秤無線通信指令代碼及功能規(guī)定如表1所示。

五、基于PROTEUS軟件仿真設(shè)計及實驗

1.HX711應(yīng)用仿真

仿真電路放大倍數(shù)設(shè)置為64dB，A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置為24位，U1為HX711(雙通道、放大、A/D)，U2為電子計價秤中單片機(jī)，每0.1s讀一次A/B數(shù)據(jù)，用P2/P1/P0讀出的24位二進(jìn)制值，第一次顯示A通道值，第二次顯示B通道值。仿真驗證單片機(jī)讀取重量和標(biāo)準(zhǔn)信號程序。仿真測試記錄如表2所示。

2.數(shù)碼顯示仿真

U1為電子計價秤中單片機(jī)，U2為CH452(串口)，動態(tài)驅(qū)動16只LED數(shù)碼管，數(shù)碼管采用共陽極，前5只顯示重量，單位為kg；中間5只顯示單價，單位為元；最后6只顯示金額，單位為元。本例重量設(shè)置為12.675kg，單價設(shè)置為329.40元/kg，金額=重量×單價=4175.15元。

3.金額計算程序仿真

仿真過程:(1)重量保持不變，鍵盤輸入單價，觀察輸出顯示；(2)單價保持不變，輸入表2中的A通道數(shù)據(jù)，觀察輸出顯示。顯示數(shù)據(jù)如表3所示。

4.作弊記錄程序仿真

利用HX711應(yīng)用仿真電路，實施仿真過程為:(1)正常稱重；(2)改變傳感器激勵電壓；(3)修改程序；(4)更換芯片。觀察單片機(jī)作弊記錄內(nèi)容，用P1顯示作弊信息。檢測數(shù)據(jù)如表4所示。

5.數(shù)字化管理仿真

實施仿真過程為:(1)驗證RF接收程序；(2)驗證RF發(fā)送程序；(3)驗證指令功能。用P1顯示接收信息，用虛擬示波器觀察RF收、發(fā)信號。數(shù)字化管理仿真數(shù)據(jù)如表5所示，RF信號收、發(fā)波形如圖5所示。

六、仿真結(jié)果分析與結(jié)論

1.仿真結(jié)果分析

(1)HX711應(yīng)用仿真分析

如表2所示，傳感器激勵電壓為5V時，產(chǎn)生的電壓值以3字節(jié)16進(jìn)制形式存儲在HX711中，讀取A通道值需27個脈沖信號，讀取B通道值需26個脈沖信號；讀出的值需經(jīng)過單片機(jī)處理和計算。通過仿真，實際重量與HX711中讀取的重量值一致。讀取程序正確。

(2)計算程序仿真分析

計算程序包括重量計算和金額計算。重量計算:W=(data-data0)×K(W為顯示重量，data為HX711中讀取值，K為比例系數(shù)，data0為修正值)。本次仿真試驗K=0.001746，data0=169640；金額計算:金額=W(顯示重量)×單價。以表3中第一行數(shù)據(jù)為例:W(重量)=(03765EH169640)×0.001746=100g=0.100kg；金額=0.100×0.3=0.03元。從表3中可知程序計算的結(jié)果與實際相符。

(3)稱重作弊信息檢測記錄仿真分析

由表4可知，不管采用何種作弊方法，本設(shè)計的電子計價秤均能有效檢測到作弊信息，并記錄作弊信息。作弊信息包括作弊時間、重量、金額、誤差、累計作弊次數(shù)等。

(4)數(shù)字化管理仿真分析

RF信號收、發(fā)程序能正常實現(xiàn)對RF信號的收、發(fā)功能。從表5仿真記錄數(shù)據(jù)可知，在上位機(jī)指令作用下，可實現(xiàn)時間校對、程序代碼查詢、作弊信息管理、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定等功能。從而說明本設(shè)計的電子計價秤具有數(shù)字化管理功能。

2.結(jié)論

通過對仿真測試數(shù)據(jù)分析，本設(shè)計的電子計價秤不但具有數(shù)字化管理功能，同時具有防止稱重作弊功能。在電子計價秤管理系統(tǒng)作用下，能實現(xiàn)對電子計價秤的時間校對、程序代碼查詢、作弊信息管理、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、關(guān)鍵參數(shù)查詢。它的應(yīng)用和推廣，可大大提高電子計價秤的數(shù)字化管理水平。