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引言

稱重顯示控制器是電子衡器的重要基礎(chǔ)部件，它直接影響電子衡器及電子稱重系統(tǒng)的功能和性能，反映著稱重計(jì)量的技術(shù)水平。流量秤稱重顯示控制器是一種對(duì)秤筒和流量調(diào)節(jié)器所流過的物料流量進(jìn)行檢測(cè)與控制的儀表。通過檢測(cè)秤斗重量變化來計(jì)算物料流量，據(jù)此來改變流量調(diào)節(jié)器參數(shù)，從而達(dá)到流量控制的目的。由于流量秤的計(jì)量速度快，所以具有很廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，市場(chǎng)上的定量秤和配料秤較多，而流量秤相對(duì)較少，需要完善的地方也較多，概括起來有以下幾個(gè)方面：①非線性誤差較大。這將使稱重值與實(shí)際值相差很大，從而造成計(jì)量精度低。②功耗大。一方面控制器的溫度升高影響整個(gè)硬件電路，另一方面也會(huì)影響元器件的使用壽命和整個(gè)控制器的性能。綜合考慮到上述情況，筆者設(shè)計(jì)了以ADS1216為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的稱重顯示控制器。ADS1216是釆用△-£模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有高精度、寬動(dòng)態(tài)范圍，有效的提高了控制器的精確度和可靠性，同時(shí)也降低了控制器的功耗，很大程度上提高了控制器的性價(jià)比。本文闡述了控制器的相關(guān)知識(shí)，對(duì)測(cè)量部分的放大電路和濾波電路進(jìn)行了設(shè)計(jì),并著重討論了ADS12I6在稱重顯示控制器中的應(yīng)用。

1控制器的工作過程及其稱重原理

1.1控制器的工作過程

1.2稱重原理

稱重控制器的稱重信號(hào)始于稱重傳感器，所以傳感器的測(cè)量精確度及接線形式直接關(guān)系到控制器的性能。在傳感器串并聯(lián)方式的選擇上，筆者選擇了傳感器并聯(lián)的形式。原因有以下幾個(gè)方面：一是傳感器并聯(lián)后其輸出阻抗較串聯(lián)方式大大減小；二是測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾能力明顯增強(qiáng)；三是并聯(lián)方式測(cè)出的數(shù)據(jù)較串聯(lián)方式穩(wěn)定可靠得多。如果傳感器電橋?qū)嵓訕驂号cA/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓的比值恒定，則傳感器并聯(lián)方式的測(cè)量精確度將不受電壓絕對(duì)值及其變化的影響，這種稱重方式即所謂的比率型稱重方式。這種方式是保證稱重顯示控制器質(zhì)量優(yōu)良的先決條件。所以為了實(shí)現(xiàn)比率型稱重方式，我們?cè)趥鞲衅骱蛢x表的聯(lián)線上釆用六線制接法，從而解決了高精度測(cè)量問題31。

2稱重顯示控制器總體硬件結(jié)構(gòu)

控制器的硬件主要包括CPU模塊、運(yùn)放及濾波模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、按鍵輸入模塊、液晶顯示模塊、開關(guān)量模塊及通訊模塊等。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。單片機(jī)STC89用于對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)、按鍵信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行處理、對(duì)稱重過程進(jìn)行控制、對(duì)在液晶顯示器上設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)存、并通過RS485和工控機(jī)、打印機(jī)等進(jìn)行通訊。A/D轉(zhuǎn)換模塊主要負(fù)責(zé)將放大了的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，它是影響控制器精確度的重要部件。

圖1控制器總體硬件結(jié)構(gòu)

3放大電路及濾波電路

放大器是影響控制器精確度的一個(gè)重要部件。放大器只有具有了穩(wěn)定性好、非線性小、漂移小、增益小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)才能保證測(cè)量數(shù)據(jù)的淮確。根據(jù)放大器的要求精度，所需帶寬，電路阻抗，環(huán)境條件及其他影響因素，我們選用了1NA217作為直流放大器。IN-A217是一種低噪聲、低失調(diào)的集成儀器放大器。當(dāng)信號(hào)源阻抗為200。時(shí)，INA217可以提供接近理論值的噪聲效能(1kHz為L3nV/rtHz)’即使在高增益工作情形下(0.004%,GT00),失真消除電路也可將信號(hào)失真降至極低。另外，電流回授電路使INA217可以支持更大的頻寬(800kHz,G=100),并在更寬廣增益范圍內(nèi)提供杰出動(dòng)態(tài)效能，非常適合于稱重傳感器信號(hào)的放大。

在對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行放大后，為了保證其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，我們又進(jìn)行了濾波電路的設(shè)計(jì)。濾波器選用的是單片集成濾波器MAX280。放大及濾波電路如圖2所示。

4模數(shù)轉(zhuǎn)換部分

4.1ADS1216概述

在稱重顯示控制器中，A/D轉(zhuǎn)換器是除單片機(jī)外影響控制器性能的主要元器件之一。為保證控制器的性能，我們選用了ADS1216作為A/D轉(zhuǎn)換器。ADS1216是Burr-Brown產(chǎn)品線中的一款高精度、寬動(dòng)態(tài)范圍、E-A型8通道24位ADC₀ADS1216主要包括模擬多路開關(guān)(MUX)、輸入緩沖器(BUF)、可編程增益放大器(PGA)、二階調(diào)制器、可編程數(shù)字濾波器、微控制器、16個(gè)狀態(tài)/控制寄存器、128字節(jié)RAM、串行SPI接口、兩個(gè)8位DAC、內(nèi)部參考電壓產(chǎn)生器以及時(shí)鐘發(fā)生器等工作模塊。它通過SPI接口與外界進(jìn)行信息交換，工作電壓范圍為2.7V~5.25V^[l][2]o

4,2ADS1216與STC89單片機(jī)的接口 STC89單片機(jī)是深圳宏晶科技公司推出的強(qiáng)抗干

考慮到ADS1216與SPI兼容，所以這里與單 擾、髙速、低功耗、低價(jià)格的8位單片機(jī)。片機(jī)STC89的接口采用SPT串行接口方式。 ADS1216與單片機(jī)STC89的接口電路如圖3所示。

圖3ADS1216與單片機(jī)STC89的接口電路

ADS1216標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口方式為四線制，分別為時(shí)鐘信號(hào)線SCLK、數(shù)據(jù)輸入線Din、數(shù)據(jù)輸出線Dout和片選線在本設(shè)計(jì)中ADS1216與STC89的接口引腳有SCLK、Din、Dout、廁了以及BUFENo它們分別接至單片機(jī)的P3.4(T0)、P3.3(INT1)、P3,2(INT0)、P3.5(T1)和P1.7。由于本設(shè)計(jì)中只選用了一片ADS1216芯片，所以將蒞引腳直接接地，即釆用三線制串行接口連接方式，這樣可以節(jié)省單片機(jī)的輸出控制線。為了檢測(cè)ADS1216數(shù)據(jù)寄存器DIO的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好了，可以通過兩種方法進(jìn)行檢測(cè)。一種方法是査詢DRDY引腳的狀態(tài)。如果DRDE引腳為低電平，則表示待輸出的數(shù)據(jù)已經(jīng)被更新，可以被讀取。反之，則不可以。另一種方法是判斷模式和采樣頻率寄存器M/DEC1中廁Y位的狀態(tài)。若甌DY=0,則表示數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好了，可以被讀??；若DRDY=1,則表示數(shù)據(jù)尚未準(zhǔn)備好，還不可以被讀取。BUFEN引腳的連接是為了和設(shè)置寄存器SETUP中的BUFEN位共同控制ADS1216的內(nèi)部緩沖器。當(dāng)二者狀態(tài)邏輯與后為1時(shí)，表示選擇了緩沖器；為。時(shí)，表示沒有選擇緩沖器。在沒有選擇緩沖器時(shí)，ADS1216的輸入阻抗為5MR/PGA。選擇了緩沖器后，輸入電壓波動(dòng)減小，并且輸人電流增大。決定ADS1216時(shí)鐘頻率的晶體有幾種典型值，本設(shè)計(jì)中的晶體X2選擇的是2.4576MHZ,兩個(gè)電容C4和C5都為12pF₀電容C4和C5的大小對(duì)時(shí)鐘頻率有微小的影響，在設(shè)計(jì)印制板時(shí)，品體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄岀電容。圖中C6是為芯片內(nèi)部噪聲濾波電路提供的旁路電容。R4則起限制ADS1216最大輸出電流的作用.在實(shí)際應(yīng)用中R4可以根據(jù)需要選擇150心、75k。、15kO、10kQ和不接。