基于小凌派RK2206的智能語音電子秤設計
1、項目背景
科學進步的今天，電子秤技術從過去單一的追求測出結果到現在人們對原來的測量儀器有了更加嚴格的要求。這些要求包括測量儀器的精準度、穩定度和能否適應環境的變化。對于電子秤來說傳感器技術最為重要。如果沒有傳感器技術，那么可想而知，就沒有什么信息采集和處理可言。傳感器技術的發展和改進推動了電子秤的變革。現在電子秤運用于各行各業，更加方便、準確快捷的實現了對物體質量的測量。電子技術的革命性的變革使得可以更好的將微處理技術和性價比良好的傳感器結合起來，這樣一來就可以設計出一款高精度、低成本的電子秤。電子秤的更新和發展都是以傳感器為前提的，還有就是電子秤系統的模塊化結合。電子秤系統模塊化結合使得電子秤從過去單一的稱重測量方式向多功能化轉變，這樣就方便了人們日常生活需求。
目前來看,國內的電子秤測量技術通過近幾年的不斷發展和完善，有了很大程度上的提高。衡量物體質量的手段從人類早期社會的杠桿式的稱的測量方式到現在的電子秤測量方式有了很大的變革。人們不單追求的是單一的能夠測量出物體的質量，而且對測量結果有了更嚴格的要求。隨著數據處理技術和電子技術的深入發展，電子秤從結構單一到智能化進行了轉變。目前國內衡量物體的手段有了空前的發展，已經跟上國際的發展水平。國內電子秤的精確度已經達到了0.019（10mg）的精確度。但是國內電子秤大多數是仿照國外的技術，根本上沒有創新和發展。電子秤無論是在精確度還是穩定性方面，國外電子秤測量已經達到了領先的水平。國外的電子秤技術的發展結果可舉例如下：電子秤設計的佼佼者也就是美國公司Revere，設計出的電子秤精度可以達到5000D（美國的物體質量精確度表示方式，相當于中國的5微克）。德國公司HBM的耐壓防爆型電子秤，它的性價比足以和處在國際領先水平的電子秤相媲美。國內電子秤一般都是仿照和進口國外的電子秤，有些偏遠山區依舊使用老式的杠桿原理的稱。相比于國外電子秤的發展水平，國內電子秤的依舊是發展緩慢，并沒有掌握核心科技。總體來看，國內電子秤發展欠缺，電子秤技術沒有掌握核心，電子秤發展存在廣闊的發展空間。
2、項目簡介
（1）項目描述
本文基于單片機小凌派RK2206設計了一款智能化電子秤，可實現稱重、按鍵調節、顯示等功能。設計的基本要求為：測量量程0~10kg，測量誤差不能大于5g，能夠通過按鍵完成顯示清零、去皮、校準等功能。
圖2.1便攜式智能語音電子秤框圖
（2）設計原理
本次設計的電子秤主要由6部分組成，分別是：壓力傳感器、A/D轉換器、單片機主控芯片、液晶顯示器、按鍵控制、超重報警及指示燈。工作原理：(1)由壓力傳感器采集數據，將壓力轉換為微弱的模擬電壓信號；(2)HX711模塊對模擬電壓信號放大后進行A/D轉換，輸出數字信號給單片機；(3)單片機通過計算在顯示器上顯示物體重量；(4)如果物體超重報警器報警，且紅色LED指示燈閃爍。
（3）系統功能模塊劃分
基于HX711芯片電子秤與SYN6288語音播報實現智能語音電子秤。當物體放在秤盤上時，壓力施加給傳感器，該傳感器發生彈性形變，從而使阻抗發生變化，同時使用激勵電壓發生變化，輸出一個變化的模擬信號。該信號經HX711芯片（放大電路放大輸出到模數轉換器）。轉換成便于處理的數字信號輸出到CPU（RK2206）運算控制。直至得出這種結果并通過串口發送到SYN6228芯片播報。該模塊通過小凌派RK2206為核心模塊驅動。
（4）項目展示
圖2.4便攜式智能語音電子秤實物
3、硬件方案
（1）主控芯片選擇方案
我們使用的國產主控芯片RK2206是瑞芯微推出的一種低功耗、高集成的MCU無線局域網處理器，它可以應用在不同的應用領域，如物聯網、可穿戴設備、家庭自動化、云連接等。RK2206支持802.11b/g/n無線和全介質接入控制WLAN整體解決方案，同時有豐富的外圍設備，如USB2.0 OTG、I2C、UART、PWM、SPI、CapSense、I2S、PDM、i8080顯示接口、相機串行接口等，使產品開發更加簡單多樣。
圖3.1RK2206主控芯片
（2）SYN6288模塊
SYN6288通過異步串口（UART）通信方式，接收待合成的文本數據實現文本到語音（或TTS語音）的轉換。TTS語音為：存儲在FlashROM中的是編碼后的語音參數，由MCU控制將FlashROM中的數據取出并譯碼，根據相應的語音合成方法，由語音參數轉換為數字語音信號，通過Ｄ／Ａ轉換器轉換為模擬語音信號。
圖3.2 SYN6288模塊
（3）專用模數(A/D)轉換模塊
HX711是一款專為電子秤而設計的24位高精度模數（A/D）轉換器芯片，具有集成度高、響應速度快和抗干擾性強等優點。HX711芯片集成了穩壓電源，可以向內部的A/D轉換器和外部的壓力傳感器供電。壓力傳感器產生的電壓信號十分微弱，而HX711芯片內集成有低噪聲可編程、增益可調的放大器，首先完成電壓信號的放大，再進行A/D轉換。連接方式：壓力傳感器輸出電壓信號分別連接HX711芯片的引腳INNA與引腳INPA。電壓信號經放大、數字化后通過引腳DOUT和PD_SCK傳輸給單片機，分別接小凌派RK2206的P2.0和P2.1引腳。穩壓電路為壓力傳感器提供穩定的輸入電壓。
圖3.3模數轉換模塊HX711
（4）按鍵模塊
按鍵模塊由4個按鍵組成，分別完成復位清除、去皮、校準加、校準減四個功能。其中，復位清除功能是通過將單片機復位重啟按鍵實現的，即單片機復位按鍵為清除顯示按鍵。去皮、校準加、校準減按鍵接小凌派RK2206的ADC引腳，判斷不同的電壓值來判斷不同按鍵。
4、系統程序設計
（1）程序設計流程
首先，對單片機、液晶顯示屏、A/D轉換芯片初始化；然后，單片機讀取A/D轉換芯片的數據，通過計算將數字電壓信號轉換為重量值，并傳輸給顯示器顯示重量，再判斷是否超重；再次，如果超重，則發出指令給報警模塊，使得蜂鳴器發出警報，紅色LED燈不斷閃爍，提示超重。如果未超重，綠色LED燈常亮表示正常。最后，不斷讀取A/D轉換芯片，重復以上操作。
圖4.1.0主要程序設計流程圖
圖4.1.1主流程圖
（2）軟件總體框架
在應用層中分成：數據交換層、數據控制層和數據存儲層。數據的交換層實現對編碼器信號的接收、參數設定板參數的設定以及內、外呼信號的控制。數據控制層實現對物理地址尋址、數據的成幀、流量控制、數據的檢錯、重發等。通過數據存儲空間，用戶可以將數據保存到設備上。當計算機關機時，數據仍得以保留。用戶可以指示計算機從存儲設備中提取數據，而無需手動將數據輸入計算機。計算機可根據需要從各種來源讀取輸入數據，然后再創建輸出，并將其保存到相同的源位置或其他存儲位置。用戶還可以與他人共享數據存儲。簡單來說，現代計算機（或稱為終端）直接或通過網絡連接到存儲設備。 用戶指示計算機從這些存儲設備訪問數據并將數據存儲到其中。 但根本而言，數據存儲有兩個基本要素： 數據所采取的形式，以及記錄和存儲數據的設備。內核，是一個操作系統的核心。是基于硬件的第一層軟件擴充，提供操作系統的最基本的功能，是操作系統工作的基礎，它負責管理系統的進程、內存、設備、驅動、程序、文件和網絡系統，決定著系統的性能和穩定性。現代操作系統設計中，為減少系統本身的開銷，往往將一些與硬件緊密相關的（如中斷處理程序、設備驅動程序等）、基本的、公共的、運行頻率較高的模塊（如時鐘管理、進程調度等）以及關鍵性數據結構獨立開來，使之常駐內存，并對他們進行保護。
圖4.1.2軟件總體框架
5、項目總結和展望
本設計實現了以小凌派RK2206為主控芯片的電子秤，配備精度較高的壓力傳感器和專用A/D轉換器模塊HX711，具備實時顯示、超重報警等功能。該電子秤使用簡單、攜帶方便、計量準確，可以滿足基本需求。由于使用了單片機系統，可以通過電路擴展實現電子秤的進一步智能化，如顯示日期、計算價格、語音播報、上傳數據到APP等，也是未來工作的方向。電子稱在我們的日常生活中已經成為必不可少的工具，因此，有針對性地開發出一套有實用價值的電子秤系統。
