深入解析：基于51单片机电子称称重压力检测阈值报警系统设计

基于51单片机电子称称重压力检测阈值报警系统设计

1 功能介绍

本设计是一套基于STC89C52单片机的电子称重系统，集成了LCD1602液晶显示电路、HX711称重传感器电路、蜂鸣器报警电路、按键电路和电源电路。系统主要用于实现重量的实时采集、显示与超重报警，并支持阈值设置和掉电保存功能。

其主要功能如下：

1. 实时重量显示：LCD1602液晶屏实时显示当前重量和用户设定的报警阈值。
2. 阈值设置功能：用户通过按键设置报警阈值，范围为0–5000g，满足日常称重和检测需求。
3. 超重报警：当实际重量超过设定阈值时，系统自动驱动蜂鸣器发出报警声。
4. 高精度称重：采用HX711称重传感器模块，量程为0–5kg，转换精度高，能够满足小范围高精度测量。
5. 掉电数据保存：设置的阈值存储于EEPROM中，即便系统掉电重启后也能保留用户设定数据，避免频繁设置的麻烦。

该系统适用于家庭、实验室、小型商业场合的称重场景，同时具有良好的学习和实验价值，能够帮助电子技术初学者掌握单片机与传感器结合的应用开发方法。

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2 系统电路设计

系统电路由多个功能模块组成，下面分别进行详细介绍。

2.1 STC89C52单片机电路

STC89C52单片机是本设计的核心控制单元，基于8051内核，具备丰富的I/O接口，能够轻松实现对液晶显示、传感器数据采集、按键输入和蜂鸣器输出的综合控制。其主要作用包括：

• 接收HX711传感器传输的重量数据；
• 驱动LCD1602液晶显示模块；
• 处理用户按键输入，实现阈值调整；
• 控制蜂鸣器输出报警信号；
• 调用EEPROM存储模块，实现掉电数据保存。

单片机电路需要外接晶振、复位电路和电源管理电路，保证其正常稳定运行。

2.2 LCD1602液晶显示电路

LCD1602是一款常用的字符型液晶显示模块，能够显示两行，每行16个字符。系统中LCD1602用于实时显示两类信息：

• 第一行显示称重传感器采集的实时重量数据，单位为克（g）；
• 第二行显示当前用户设置的报警阈值。

通过单片机的I/O端口与LCD1602相连，采用4位数据通信方式，减少了占用引脚数量，同时满足显示需求。

2.3 HX711称重传感器电路

HX711是专用于称重系统的高精度24位A/D转换器模块，能够将传感器输出的微弱模拟电压信号转换为数字信号，并传送给单片机进行处理。其主要特性包括：

• 内部集成稳压电路与时钟电路，外围元件少，简化了电路设计；
• 高分辨率，能够满足0–5000g的重量采集精度要求；
• 与单片机的接口仅需两根信号线（DT和SCK），通信简单可靠。

HX711模块与应变片式传感器结合，可实现稳定精准的重量测量。

2.4 蜂鸣器报警电路

蜂鸣器电路由单片机直接驱动。当检测到实际重量超过用户设定的阈值时，单片机输出高电平信号，蜂鸣器发出报警声，提醒用户重量已超出设定范围。蜂鸣器选用有源蜂鸣器，电路简单，可靠性高。

2.5 按键电路

系统设置有两个按键：

• 增加键：用于增加报警阈值；
• 减少键：用于降低报警阈值。

按键采用独立式接法，每个按键均通过一个I/O口与单片机连接。软件程序中设计了消抖处理机制，保证用户操作的准确性和稳定性。

2.6 电源电路

系统统一采用+5V直流供电，保证STC89C52单片机、LCD1602液晶、HX711模块以及蜂鸣器等器件正常运行。为了提升稳定性，电源电路增加了滤波电容和稳压芯片，以减少电压波动对系统工作的影响。

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3 程序设计

程序设计是实现系统功能的核心部分，涵盖初始化、重量采集、阈值设置、LCD显示、报警控制和EEPROM存储。

3.1 主程序框架

主程序流程如下：

1. 系统初始化，包括LCD、HX711、EEPROM、蜂鸣器和按键；
2. 循环读取HX711传感器数据，计算重量；
3. 显示重量和阈值信息；
4. 检测重量与阈值的比较结果，决定是否触发报警；
5. 处理按键输入，调整阈值，并存储到EEPROM。

#include <reg52.h>#include "lcd1602.h"#include "hx711.h"#include "eeprom.h"unsigned long weight = 0;// 当前重量unsigned int threshold = 1000;// 默认阈值1000gvoid main() {LCD_Init();HX711_Init();EEPROM_Init();threshold = EEPROM_Read(0x00);// 掉电数据恢复while(1) {weight = HX711_Read();LCD_ShowString(1,1,"Weight:");LCD_ShowNum(1,8,weight,5);LCD_ShowString(2,1,"Thresh:");LCD_ShowNum(2,8,threshold,5);if(weight > threshold) {P2 = 0x01;// 蜂鸣器报警} else {P2 = 0x00;// 关闭蜂鸣器}Key_Scan();// 按键处理}}

3.2 HX711数据采集程序

HX711通过时钟信号与单片机通信，采集重量数据。

#include <reg52.h>sbit HX711_DT = P3^2;sbit HX711_SCK = P3^3;long HX711_Read(void) {long count=0;unsigned char i;HX711_DT=1;HX711_SCK=0;while(HX711_DT);for(i=0;i<24;i++) {HX711_SCK=1;count=count<<1;HX711_SCK=0;if(HX711_DT) count++;}HX711_SCK=1;count=count^0x800000;HX711_SCK=0;return(count/100);// 转换为克}

3.3 LCD1602显示程序

LCD用于显示实时重量和阈值信息：

void LCD_Init() {
LCD_WriteCmd(0x38);
LCD_WriteCmd(0x0C);
LCD_WriteCmd(0x06);
LCD_WriteCmd(0x01);
}
void LCD_ShowNum(unsigned char row, unsigned char col, unsigned int num, unsigned char len) {
unsigned char i;
LCD_SetCursor(row,col);
for(i=len;i>
0;i--) {
LCD_WriteData(num/10000%10+'0');
}
}

3.4 按键设置与EEPROM存储

按键用于调整报警阈值，数据存储在EEPROM中。

sbit KEY_UP = P1^0;
sbit KEY_DOWN = P1^1;
void Key_Scan(void) {
if(KEY_UP==0) {
threshold += 10;
EEPROM_Write(0x00, threshold);
while(KEY_UP==0);
}
if(KEY_DOWN==0) {
if(threshold >
10) threshold -= 10;
EEPROM_Write(0x00, threshold);
while(KEY_DOWN==0);
}
}

EEPROM存储读写函数：

unsigned int EEPROM_Read(unsigned char addr) {
return *((unsigned int code*)addr);
}
void EEPROM_Write(unsigned char addr, unsigned int dat) {
unsigned int code *p = (unsigned int code*)addr;
*p = dat;
}

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4 总结

本设计利用STC89C52单片机结合HX711高精度称重模块、LCD1602液晶显示、蜂鸣器和EEPROM，构建了一套功能完整的电子称重系统。系统能够实现实时重量采集与显示、阈值设置与报警、掉电数据保存等功能，具有电路简单、实用性强、稳定性高等优点。

该系统不仅适合日常生活和实验室场景的称重与安全提醒，也为电子技术学习者提供了一个综合性较强的单片机应用案例，有助于掌握传感器数据采集、阈值判断、报警处理以及数据存储等核心技术。