一种单片称重系统电子设计与实现

作者:才让卓玛 刊名:自动化与仪器仪表 上传者:贡泽华

【摘要】国内从20世纪60年代中期开始模拟指针式电子秤的研制和生产,经历了模拟式电子秤、数字式电子秤和微机式电子秤三个阶段,功能上包括各种参数的设定、自动处理及毛重、净重、皮重和累加值的显示等。为了管理和参数设置的方便,还配有与上位计算机的串行通信接口。面向定量包装称量控制领域,借鉴国内外可编程称重控制器的设计,给出了可编程称重控制器的主要设计方案和技术指标,开发了一款基于C8051F020增强型单片机的可编程称重控制器,详细给出了称重控制器的设计方法,根据配料生产的工艺要求,采用单片微机设计,集测量控制一体化的新型称重控制器,可实现自动称重、配料控制和联机测控,具有较高的性能价格比,并具备了完善的可编程功能,是一款集称重控制、可编程控制、称重变送于一体,可准确方便的实现各种复杂控制的多功能称重控制器。设计的配料控制器具有可靠性高、抗干扰能力强、性价比高和体积小巧、功能全面等特点,它既可以作为单机仪表使用,也可以作为嵌入式仪表通过RS-232或RS-485标准接口与上位工控机组网联用。

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0引言由于受国内研发和制造水平的限制,仪表的技术含量、功能,特别是在称重精度、网络通信等方面与国外相比尚有一些差距[1]。那么,开发一款功能较完善,具有较高秤量精度和使用可靠性的可编程称重控制器,是本设计的重点。在控制过程方面,用户可以方便的实现各种复杂的控制过程,通过编制工作流程。在使用方面,为了满足工业现场对控制操作的要求,可通过键盘和LED显示结合来实现参数的设置、数据的查询、程序的编写和称重过程控制等操作,操作界面简单、易懂。除此之外,该控制器还要满足称重计量自动化的要求,不仅要给出重量信息,而且还因具有控制功能和管理功能,并提供屏幕显示。解决这个问题的途径之一是开发一块满足称重系统要求的印制电路板,直接插入电子计算机中,使称重显示控制器与计算机一体化。详细给出了称重控制器的设计方法,根据配料生产的工艺要求,采用单片微机设计,集测量控制一体化的新型称重控制器[2]。1系统设计本设计阐述了可编程称重控制器的设计方案,并对称重控制仪表的主要性能指标和各功能模块进行说明。工作原理:质量(力)通过称重传感器转换为电信号,再以模拟量(数字量)的形式显示仪表上。称重系统主要由称重传感器、弱信号的放大和滤波电路、高数位A/D转换器、MCU和显示器等组成[3]。系统组成框图如图1所示。图1系统总体框图2系统的工作原理2.1总体方案的硬件设计[5](1)MCU的选型及最小系统的搭建。(2)A/D转换器:芯片的选型及辅助电路的设计。(3)按键显示模块:芯片选型及其电路设计。(4)串行通讯接口(包括RS-232和RS-485接口):芯片的选型及其电路设计。(5)电源模块:芯片的选型以及电路设计。2.2MCU部分系统选用CIP-51系列的C8051F020单片机,作为测量控制仪表的核心。此单片机是完全集成的混合信号系统级MCU,有64个数字I/O引脚。如图2所示C8051F020的模块示意图。图2C8051F020模块示意图2.3A/D转换模块本文选择了ICL7135。考虑到系统中其他因素的影响,12位的A/D芯片无法满足系统对控制精度的要求,需要14位或者更高精度的A/D芯片。所以,选择双积分型A/D转换器ICL7135。另外,运用前置放大和滤波称重传感器,具有输出为微弱的低频差分信号,且电压幅度为微伏级的特点,有效地克服了干扰的影响。2.4串行通讯模块设计系统中,RS-232和RS-485接口同时具备,完成与上位机的数据通信。RS-232,适用近距离的数据传输,接线方式简单且灵活;RS-485,适用远距离、多点通信,常用于工业控制信号的传输和现场信息的采集。根据实际需要选用合适的串行通信标准。2.5电源模块一个硬件系统设计中,电源[7]是关键的一个部分,设计中需要考虑功率的容限、电源的输出电压及纹波干扰等因素。电源模块的电路图如3所示。图3称重系统硬件局部图3.6称重系统的硬件主体称重系统的硬件主体电路如图4所示,硬件电路中使用了七达林顿驱动器UN2003,二输入端四与非门MC4011,模拟开关MC4066,3/8线译码器,运放TL062等器件,系统配有44的键盘和7位的LED显示器,显示单位:克(g)、千克(kg)以及吨(t),可根据需要选择。显示屏上有8只发光二极管A-H,分别标示LW(零位)、PZ(皮重)、ZL(置零)、DJ(单价)、JE(金额)、LC(累计次数)、LJ(累计)及LZ(累计重量)。图4系统硬件主体电路图3.7软件设计流程软件设计主要完成:用户对需求功能的响应、软件的滤波处理、测得数据的采集及其处理、称重数据的显示和校正等功能。3.7.1

参考文献

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