基于蓝牙技术电子吊秤的设计
将蓝牙无线技术应用于电子吊秤，利用手机、笔记本电脑等内置蓝牙模块，取代无线称重仪表，可大幅度降低产品的总成本，提高产品的性价比。基于蓝牙技术，用户只需下载一个 APP 即可实现电子吊秤与手机、笔记本电脑等设备间的实时数据双向通信。引入蓝牙技术的电子吊秤，性价比高、数据传输快速，操作简便。值得关注的是，虽然蓝牙技术相对成熟，但对于电子吊秤，解决蓝牙数据的传输距离和抗干扰问题，依然是一项技术难题。
一、概述
电子衡器市场的持续竞争促进了衡器行业产品的不断推陈出新。然而，纵观国内衡器制造企业的产品现状，面对的客户依然是国内的常规客户，设计理念与几十年前的产品相比，并无多大新意。将走在世界前端的科技成果应用于衡器产品，引领创新，赢得更丰富的客户群，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。面对国际市场，最终产品需要具有高品质、低成本、操作简便，通用性强等特点，这需要从设计开始就引入创新理念。
随着无线电子吊秤在众多行业的广泛应用,对现场产品的可移动性要求也越来越高。近年来,随着现代电子技术飞速发展,特别是蓝牙无线技术和表面贴片工艺的日益成熟,为印制电路板向小型化方向发展提供了广阔的空间,更为研制开发轻巧型电子衡器提供了强有力的技术支撑。电子吊秤用蓝牙模块取代无线模块，意味着你只要有一部支持安卓系统或苹果系统的手机，结合 APP 应用软件，就可以很方便地与吊秤的秤体进行双向通信，在手机上操作就可以实现参数设置、校准、称重显示等无线称重仪表上的所有功能，这样，就省去了配套的无线称重仪表，大幅度降低了产品的成本。
二、基于蓝牙技术的电子吊秤的设计方案
（一） 基本原理及结构蓝牙模块和无线模块最大的区别就是工作频率和传输距离的不同。蓝牙技术采用 2.4GHz IS频段和调频、跳频技术，使用权向纠错编码、ARQ、 TDD 和 基 带 协 议 。 TDMA 每 时 隙 为0.625μs，基 带 符 合 速 率 为 1Mb/s。 蓝牙支持64kb/s，可实时语音传输和数据同时传输，语音编码为 CVSD， 发射功率分别为 1mW、2.5mW 和100mW，并使用全球统一的 48 比特的设备识别码。电子吊秤数据传输部分的基本结构如图 1 所示。
电子吊秤是利用其称重传感器受力后产生的变形量与输出电压信号成比例的特点来工作的。也就是说，通过称重传感器及其吊挂组件可以将吊秤所承受的重量信号转变为电压信号，经过 A/D 转换芯片，将电压信号转换成数字信号，该数字信号经单片机处理后送至蓝牙模块，通过天线发射出去。
（二） 系统硬件选用及抗干扰措施秤体部分如图 1 所示，主要由称重传感器、A/D 转换器、中央处理器 （单片机）、蓝牙模块等组成。
（1） 中央处理器 （CPU）
为了提高 CPU 即图 1 中的单片机的抗干扰能力，需采用可在低电压 （2.5V） 状态下正常工作的芯片，这样即使来自电源的干扰很强，一般也不会将 3.7V 供电降到 2.5V 以下，从而保证中央处理单元的正常工作。单片机可选用经典的 MCS-51 系列的宽电压芯片，这种芯片采用的是 CMOS 生产工艺，本身具有较强的抗干扰能力，工作频率设计在 10MHz～20MHz 之间比较合适，既兼顾速度又能保证系统稳定地工作。单片机控制着 A/D 转换的启动和停止，并将转换结果进行识别、判断和分析，经软件滤波、运算和变换，过滤不正常的 （干扰） 信号，将数据传送至蓝牙模块进行发送。
（2） A/D 转换器
为了快速和精确地将传感器输出的模拟信号转变成数字信号，便于后面的单片机集中处理，一般应选用有效精度在 20 位以上的 A/D 转换芯片。同时，考虑到性价比，应该优先考虑∑-⊿结构的 A/D 转换芯片，在 A/D 转换芯片的输入端应设计 LC 型或 RC 型的滤波电路，以提高抗干扰能力。
（3） 电源电路整机采用一节 3.7V 锂电池供电，电池容量为4.5AH。供电系统考虑采用带控制端的四端稳压电路 78R30，将 3.7V～4.2V 的电压降低至 3V 后，稳定地提供给单片机和其他电路。整个电源部分可采用多级 LC 滤波和 RC 滤波，可有效地消除来自外部和线路本身产生的电磁干扰。
（4） 存储电路这部分电路可采用 24C 系列的存储芯片，其内部为 EEPROM 结构，达 1MHz 的工作频率;低功耗 CMOS 器件，10μA 静态工作电流，小于 3mA 工作电流；1.8V～5.5V 工作电压；重复擦除寿命大于 10 万次，数据保存期为百年以上，采用三线制总线结构形式，数据读 / 写快速稳定。
（三） 电路板布局及电路抗干扰措施印制电路板的抗干扰能力设计与具体元器件布局有着密切的关系，这里仅就 PCB 抗干扰能力设计的几项措施作一些说明。
（1） 电源线设计根据印制电路板实际通过电流的大小，尽量加粗电源线和地线宽度，减小环路电阻；同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样布线有助于提高系统的工作频率，降低由于布线产生的干扰。
（2） 地线设计在单片机系统设计中，接地是抵制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合来使用，可解决大部分干扰问题。单片机系统中地线结构主要有系统地、机壳地 （屏蔽地）、数字地 （逻辑地） 和模拟地等。
（3） 接地设计在所有 EMC 问题中，主要还是因为不适当的接地引起的。有三种信号接地方法：单点、多点和混合。在频率小于 1MHz 时，可采用单点接地方法，但不适宜高频；在高频应用中，最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地、高频用多点接地的方法。地线布局是关键，高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路绝不能混合。
（四） 蓝牙模块的实用性分析为了省电，传统的蓝牙模块一般把传输距离设计为 20m 以内，而在电子吊秤的实际应用中，秤体部分与操作人员之间的距离往往较远，20m这个传输距离明显是不够的，应设计为 100m 更符合实际要求。为此，解决的方案是：将供电的锂电池扩容至 4.5AH，蓝牙模块的发射功率加大到10mW，这样既可满足数据传输的距离要求，同时又能保证连续工作 120h 以上。
（五） 元器件与焊接技术机芯电路板全部采用贴片元件，以缩小整个电路板的体积；焊接技术可采用回流焊工艺，能有效地提高加工效率和焊接的可靠性。
三、结论
测试表明，引入蓝牙技术的电子吊秤完全可以达到国际计量组织 OIML 三级秤标准，可应用于国际商业流通和贸易结算。基于蓝牙技术的电子吊秤，具有性能稳定、测量准确、抗干扰能力强、携带方便等特点，为衡器制造企业的产品设计提供了新的思路，帮助企业提升产品竞争能力，在市场中创造竞争优势。
