新疆地區是我國最主要的棉花生產基地，新疆部分高校每年都會組織學生去棉田摘棉花。為了減少因重量而發生 的糾紛，且方便統計每位學生的產量，該設計通過使用單片機STC12C5A60S2、稱重傳感器實現電子秤。通過使用 GSM模塊實現將電子秤的數據傳至遠程電腦中的功能。通過對其外形進行設計，使其具有體積小、易攜帶等特點。

0.引言

新疆擁有最適于棉花種植的自然環境條件，日照 充足，晝夜溫差大，這為棉花的健康生長提供了我國其 他棉花生產地區所不及的良好條件。因此，新疆種植棉 花有較大優勢，近幾年來，新疆棉花的總產量占全國產 量的30%左右，占全球產量8%左右，成為全國舉足輕 重的棉花產區。棉花及相關產業為自治區提供的稅收， 約占自治區全部財政收人的15%。正是棉花產業的崛 起，改變了新疆農業在全國經濟格局中的戰略地位。新 疆農業大學自建校以來，在王震將軍的號召下具有支 農勞動的光輝傳統，是學校加強學生實踐教學的重要 手段，每個學生都有相應的任務分配，在以往的支農勞 動中，需要逐一稱重，人工統計每個學生具體任務的完 成情況，耗時耗力。目前，棉花的種植面積和效益都在 逐年大幅度的攀升，但是，隨著棉花產業的發展，棉花 的重量準確性與質量安全問題引起了人們普遍關注， 構建一個更加有效率的稱重系統對于新疆農業大學的 師生們顯得尤為重要。這個系統對提高稱重效率，實現 快速統計，保證棉花質量，保證棉農和師生權益起著重 要的意義。

棉花質量追溯系統包括從生產到加工、包裝、儲 藏、運輸和銷售等部分，棉花重量采集系統與棉農身份 采集是棉花追溯系統數據采集中重要的組成部分。棉 花追溯系統的采集部分是通過RFID技術將棉農身份 與棉花采集的棉花信息包括重量、品級等信息進行整 合，生成帶有這些信息的二維條碼，封裝在棉農所產的 棉花上，從而實現棉花的溯源。

1.硬件設計方案

1.1 STC12C5A60S2

采用51系列加強型STC12C5A60S2作為主控器件，其優點是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8~12 倍，內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高 速10位A/D轉換(25萬次/秒)。用戶可將任何一路設 置為A/D轉換，不需作為A/D使用的口可繼續作為 I/O 口使用。此方案最大的特點是系統規模可以做得很 小，成本較低，操作控制簡單。

1.2稱重傳感器

傳感器是測量機構最重要的部件。稱重傳感器實 際上是一種將質量信號轉變為可測量的電信號輸出的 裝置。本設計采用電阻應變式壓力傳感器，其主要由彈 性體、電阻應變片電纜線等組成，內部線路采用惠更斯電橋，當彈性體承受載荷產生變形時，電阻應變片（轉 換元件、受到拉伸或壓縮應變片變形后，它的阻值將發 生變化(增大或減小），從而使電橋失去平衡，產生相應 的差動信號，供后續電路測量和處理。

1.3 GSM模塊

GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存 儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操 作系統、GSM射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功 能模塊。從功能上看主要由4部分組成：GSM基帶處理 器、GSM 射頻部分、電源 A-SIC (Application Specific Integrated Circuit)、Flash，如圖 1 所示。TC35i GSM 模塊 工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，電源范圍為直流 3.3-4.8V ,支持數據、語音、短消息和傳真，通過接口連 接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM 電壓為3V/1.8V，TC35i通過AT命令可雙向傳輸指令 和數據，可選波特率為300b/s?115kb/s ,自動波特率為 1.2kb/s ~115kb/s。它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS (Short Message Service,短消息）,可通過AT命令或關斷 信號實現重啟和故障恢復。在本系統中，電子秤和電腦 兩端都分別接有西門子的TC35i GSM模塊，電子秤將 采集到的數據通過GSM模塊發送到連接電腦的GSM 模塊中，經過GSM的RS232串口將數據提取出來，供 后續處理.

數據接口： TC35的數據輸人/輸出接口實際上是一 個串行異步收發器，它符合ITU-T RS232接口標準，它 有固定的參數：8位數據位和1位停止位，無校驗位，硬 件握手信號用RTS0/CTS0,軟件流量控制用XON/XOFF, CMOS電平。

引腳功能:TC35共有40個引腳，第1~14腳為電源 部分，其中1-5為電源電壓輸人端Vbatt+，6-10為電源 地GND, 11、12充電引腳，13對外輸出電壓（共外電路 使用），24-29為SIM卡引腳，5、30、31和32腳為控制 部分.

1.4硬件設計框架

矩陣鍵盤主要用于輸人個人信息和計算金額，在 稱重之前，通過鍵盤手動輸人個人信息，當被測物體重 量得到后，用戶可以通過矩陣鍵盤輸人單價，電子秤自 動計算總金額并將重量等信息添加到屬于當前的用戶 中，同時在LCD液晶顯示屏中顯示相關數據，最后將 數據通過GSM模塊發送到指定接收端。電源系統給 STC12C5A60S2、傳感器和GSM模塊供電，如圖2所示。

2.外形設計

2.1材料選擇

電子秤整體框架使用聚酯系和聚丙烯系兩種材料 合成的塑料，這種材質主要應用在汽車塑料保險杠中， 它具有強度、剛性和裝飾性，而且涂裝性能好，可以減 輕電子稱重裝置的重量，具有耐用，易攜帶的特點。

2.2外觀設計

GSM電子秤方便攜帶，節省占用空間，通過折疊可 形成整體外觀是一個底面積為45cmx30cm，筒為15cm 的箱子，外表整潔美觀，如圖3所示。圖中實線部分表 示外觀整體框架，虛線部分表示盒子內部的具體結構在底座的四個防滑吸盤可通過掛鉤連接背帶，背帶的 長度根據需要可以自己調整，攜帶過程中可以像雙肩 背包一樣背在后背上，如圖4所示。在農業使用中，與 現有電子秤相比克服了人力遠程攜帶的麻煩。

在使用電子秤時先將背帶拆下，調節防滑吸盤，使 電子秤處于水平狀態，將電子秤外殼展開，可擴充底座 托盤的大小，使裝好的棉花與托盤接觸面積增大，更加 方便稱重，如圖5所示。圖中虛線部分為展開的外殼, 外殼展開后可為托盤增加25cmx40cmx2的面積。

搬動可旋轉的支架，使折疊在一起的支架展開成電子秤工作時的狀態，也可根據自己的使用習慣調節 角度，如圖6所示。

3.系統的軟件設計及流程圖

依據系統各部分的功能，結合結構化設計的思想, 系統軟件可分為如下模塊：

(1)根據模塊化的設計形成的系統初始化，包括數 據初始化，端口初始化，液晶顯示初始化，定時器初始 化，GSM初始化，如圖7所示。

(2)矩陣鍵盤設定模塊：包括鍵盤掃描，輸人數據 并保存，中斷控制的設計。如圖8所示。

(3)稱重傳感器的數據采集模塊:通過A/D轉換將 采集到具有重量信息的模擬信號轉換為數字信號。當 超過量程時，啟動報警模塊，如圖9所示。

(4)稱重信息的顯示模塊：包括顯示重量信息，顯 示計算后的總價，顯示屬于相應的編號，顯示統計后的 信息。如圖10所示。

(5)電子秤端GSM發送數據模塊和電腦端接收數 據模塊：發送端包括發送中斷響應，設置短信模式等。 如圖11所示。接收端包括接收中斷響應，數據解碼，判 斷存儲狀態等。如圖12所示。

（6）TC35-AT指令模塊：

AT+CPMS優先信息存儲。這個命令定義用來讀寫 信息的存儲區域。

AT+CMGF優先信息格式。執行格式有TEXT方式 和PDU方式。

AT+CSAS保存設置。保存+CSAS和+CSMP的參

數。

AT+CMGL列出存儲的信息。AT+CMGS發送信息

AT+CSMP設置文本模式的參數。

AT+CMGD刪除短信息。刪除一個或多個短信息。 AT+WMSC信息狀態(是否讀過、是否發送等等)修正。

4.使用方法

與現有電子稱量裝置稱重類似，在稱重之時學生 手動輸人自己的編號，系統會將編號、產量等數據信息保存到系統中，自動將記錄的編號擴大1000倍后再與 重量值相加（本設計量程不超過150公斤，所以重量值 不會超過3位數字）。通過GSM模塊將統計好的數據輸到電腦的接收端。在逐一過秤之后，接收端的電腦 會自動生成統計后的數據，電腦將傳過來的數據除以 1000，得到的商為編號，余數為重量值。最后整理成文 本的形式，可以馬上整理出當日學生的總產量、均產量 及最高產量者，節約人力和時間，做到高效率。如圖13所示。

5.結語

本設計具有攜帶方便，易于操作的特點。經過測 試，本重量采集系統測量精度可達5g，可實現稱重、計 算價格、統計總量，發送數據等主控功能。在本設計中 還采用漢字液晶屏顯示個人信息、稱重重量、單價、總 價等信息。采用4x4矩陣鍵盤進行人機交互，操作便 捷，將得到具有個人信息的數據通過GSM模塊發送到 電腦中，供后期處理，并具有超量程報警功能，降低功 耗，延長電量的使用時間。對電路器件進行設備的合理 安置，節約空間，由此可推廣到郵遞等物流公司及時將 進出貨物的相關信息傳到后臺，可滿足正常使用需求。