一、前言

本文設計了一種能實現數字化管理功能的電子計價秤，采用RF技術和網絡通信技術實現對電子計價秤進行數字化管理，并運用PROTEUS軟件進行設計仿真。

二、防止稱重作弊原理分析

從市場調查來看，稱重技術作弊最常用的方法有:加裝機械開關、加裝遙控器、設置密碼、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，從而達到稱重作弊目的。本設計的電子計價秤特征:一是采用STC89C52單片機芯片，因為芯片具有唯一的ID號，可解決更換芯片進行稱重作弊的問題；二是采用了標準信號比對技術，可解決改變傳感器激勵電壓進行稱重作弊的問題；三是利用上位機發送指令，動態讀取程序代碼片斷，與管理系統中的代碼進行比對，可解決修改程序進行稱重作弊的問題；四是利用無線收發技術可以向上位機(管理系統)傳輸稱重作弊信息(時間、ID、重量、金額)，可對作弊信息進行記錄。

三、電子計價秤方案設計

1.電路原理框圖設計

電路原理框圖如圖1所示，由傳感器、標準信號產生電路、由HX711芯片構成的放大電路和A/D轉換電路、單片機(STC89C52)、無線收發電路、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化為電壓信號，原理表達式為: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計的24位A/D轉換器芯片，有兩個通道(A、B)，A通道接傳感器信號，計量重量；B通道接標準信號，用于對計量重量準確性比對。兩個通道輸入的模擬電壓信號，經內部放大電路和A/D轉換電路轉換成數字信號，輸出到單片機。標準信號電路用于產生標準電壓。無線收發電路采用315MHz通信頻率，與電子計價秤管理系統之間進行指令、數據的雙向無線傳輸。時鐘電路采用DS1302時鐘芯片，產生年、月、日、時、分、秒信號。與傳統的電子計價秤電路相比，本電路增加了標準信號電路和無線收發電路，使本設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數字化管理功能。

本設計電子計價秤主程序流程圖如圖2所示。初始化子程序內容包括單片機參數、顯示狀態、時鐘參數、無線收發模塊參數初始設置。鍵盤輸入和無線收發指令接收采用中斷方式。顯示采用兩線I/O擴展芯片CH425，CH425可動態驅動16只LED數碼管，通過二線串行接口與單片機交換數據。無線接收中斷收發服務程序流程圖如圖3所示。

四、電子計價秤數字化管理設計

1.數字化管理系統組成

電子計價秤數字化管理系統主要由電子計價秤、無線信號收發電路、計算機組成，如圖4所示。利用RF技術實現無線數據傳輸。管理系統中安裝一套具有自主知識產權的電子計價秤管理軟件，在該軟件支撐下實現對電子計價秤的數字化管理。

2.數字化管理系統指令格式與規定

數字化管理系統指令由同步頭、地址碼(2BIT)、數據類型(1BIT)、指令或數據(NBIT)組成。上位機與電子計價秤無線通信指令代碼及功能規定如表1所示。

五、基于PROTEUS軟件仿真設計及實驗

1.HX711應用仿真

仿真電路放大倍數設置為64dB，A/D轉換設置為24位，U1為HX711(雙通道、放大、A/D)，U2為電子計價秤中單片機，每0.1s讀一次A/B數據，用P2/P1/P0讀出的24位二進制值，第一次顯示A通道值，第二次顯示B通道值。仿真驗證單片機讀取重量和標準信號程序。仿真測試記錄如表2所示。

2.數碼顯示仿真

U1為電子計價秤中單片機，U2為CH452(串口)，動態驅動16只LED數碼管，數碼管采用共陽極，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。本例重量設置為12.675kg，單價設置為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通道數據，觀察輸出顯示。顯示數據如表3所示。

4.作弊記錄程序仿真

利用HX711應用仿真電路，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。觀察單片機作弊記錄內容，用P1顯示作弊信息。檢測數據如表4所示。

5.數字化管理仿真

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、發信號。數字化管理仿真數據如表5所示，RF信號收、發波形如圖5所示。

六、仿真結果分析與結論

1.仿真結果分析

(1)HX711應用仿真分析

如表2所示，傳感器激勵電壓為5V時，產生的電壓值以3字節16進制形式存儲在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；讀出的值需經過單片機處理和計算。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，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中第一行數據為例: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、累計作弊次數等。

(4)數字化管理仿真分析

RF信號收、發程序能正常實現對RF信號的收、發功能。從表5仿真記錄數據可知，在上位機指令作用下，可實現時間校對、程序代碼查詢、作弊信息管理、標準設定等功能。從而說明本設計的電子計價秤具有數字化管理功能。

2.結論

通過對仿真測試數據分析，本設計的電子計價秤不但具有數字化管理功能，同時具有防止稱重作弊功能。在電子計價秤管理系統作用下，能實現對電子計價秤的時間校對、程序代碼查詢、作弊信息管理、標準設定、關鍵參數查詢。它的應用和推廣，可大大提高電子計價秤的數字化管理水平。