一種地磅稱重儀表的設(shè)計與實現(xiàn)
發(fā)布時間：21/09/10
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汽車衡俗稱地磅, 是商家用于大宗貨物計量的主要稱重設(shè)備。隨著高精度稱重傳感器技術(shù)的日趨成熟, 機械式地磅逐漸被精度高、穩(wěn)定性好、操作方便的電子汽車衡所取代。稱重儀表即稱重顯示儀表, 是汽車衡稱重系統(tǒng)的重要組成部分, 現(xiàn)今的稱重儀表隨著電子技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展, 功能日趨多樣化。
1 稱重系統(tǒng)
稱重系統(tǒng)組成如圖1-1所示。
全電子衡器稱重系統(tǒng)主要由秤體、稱重傳感器、稱重顯示儀表、外設(shè)4大部分組成。秤體為承重部分, 包括接線盒和信號電纜;稱重傳感器將重量壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出;輸出的模擬信號經(jīng)放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)、數(shù)字處理后轉(zhuǎn)換為重量數(shù)字顯示;稱重儀表的各種通訊接口可與打印機、大屏幕顯示器、上位機計算機管理系統(tǒng)等外設(shè)相連。
2 稱重儀表硬件設(shè)計
根據(jù)控制任務(wù)的需要, 該儀表功能多, 硬件占用大量I/O口資源, 采用ARM系列控制器可只用一塊芯片, 但成本提高, 且需操作系統(tǒng)管理各項任務(wù)。從成本考慮, 稱重儀表采用兩塊STC90C52RC單片機作為控制器, 主機主要負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的處理、存儲與顯示等實時性要求高的任務(wù);從機負責打印、網(wǎng)絡(luò)通訊等數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)。主機與從機之間采用SPI通信完成數(shù)據(jù)交換。硬件框圖如圖2-1所示。
2.1 電源
電源可采用變壓器或開關(guān)電源供電, 從電源效率考慮采用開關(guān)電源, 并配備12V蓄電池備用, 上電充滿后, 由從機監(jiān)控進行浮充, 掉電后對稱重儀表供電。開關(guān)電源采用兩塊LM2596芯片設(shè)計實現(xiàn), 獲取5V、9V、12V電源。
2.2 主機外圍硬件
數(shù)字傳感器與主機之間的接口采用RS422接口。主機采集傳感器數(shù)據(jù), 若數(shù)據(jù)正常, 數(shù)據(jù)處理后, 采用AT24C256進行數(shù)據(jù)存儲;若數(shù)據(jù)異常, 則進行錯誤代碼處理并顯示?，F(xiàn)場顯示采用數(shù)碼管, 可接大屏幕顯示器放大顯示。數(shù)碼管采用共陰連接, 動態(tài)掃描的方式顯示。采用4-20m A電流環(huán)接口可進行遠距離傳輸;采用DS1302便于顯示日期、時鐘;IC卡為維護人員提供信息認證, 蜂鳴器進行儀表異常報警提示;硬件結(jié)構(gòu)如圖2-2。
2.3 從機外圍硬件
從機主要負責實時性要求不太高的任務(wù)打印和數(shù)據(jù)上傳, 稱重數(shù)據(jù)經(jīng)主機傳輸給從機后打印, 從機經(jīng)過串口發(fā)送數(shù)據(jù)給打印機打印數(shù)據(jù), 現(xiàn)場出票。鍵盤設(shè)計為矩陣鍵盤, 共4*6=24個按鍵;從機只完成掃描任務(wù), 具體按鍵處理由主機負責。GPRS DTU保持與監(jiān)控中心的連接, 通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)到企業(yè)數(shù)據(jù)庫, 完成更高層次的數(shù)據(jù)管理。如圖2-3所示。
3 稱重儀表軟件設(shè)計
根據(jù)稱重儀表功能任務(wù)多的情況, 采用操作系統(tǒng)不能滿足實時性要求, 且程序量較大, 運行中RAM明顯不足, 故采用兩塊單片機用中斷方式進行處理。
3.1 主機程序設(shè)計
主機程序主要完成稱重、顯示、按鍵狀態(tài)處理及與上位機的聯(lián)系。程序流程圖如圖3-1所示。
3.2 從機程序設(shè)計
從機程序負責按鍵掃描、顯示、打印及GPRS數(shù)據(jù)傳輸, GPRS數(shù)據(jù)傳輸由于采用的是模塊, 只需按協(xié)議向串口發(fā)送數(shù)據(jù)即可。程序流程圖如圖3-2。
4 調(diào)試測試
調(diào)試按模塊調(diào)試通過后進行集成。PCB制板由三塊組成, 一塊集成數(shù)碼管, 一塊為打印機驅(qū)動, 一塊為其他硬件集成。硬件調(diào)試過程中數(shù)碼管顯示亮度略顯不足, 可改為靜態(tài)顯示。GPRS信號的頻率經(jīng)過PCB板耦合后, 干擾稱重顯示, 加屏蔽后解決。長時間上電后隨著蠕變會產(chǎn)生漂移, 為避免誤差過大, 需進行零點跟蹤后歸零。軟件調(diào)試過程中由于按鍵的掃描由于任務(wù)多, 需安排好掃描時間, 避免延遲時間過久, 甚至不響應(yīng)。該稱重儀表只兼容ZEMIC (中航電測) 的傳感器, 測試過程中數(shù)據(jù)可靠、顯示穩(wěn)定, 監(jiān)控中心收到的數(shù)據(jù)穩(wěn)定, 誤碼率低。
5 小結(jié)
該稱重儀表功能多, 分解任務(wù)后, 采用雙單片機控制簡化程序設(shè)計, 通過中斷方式解決了實時性的問
