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0引言
稱重計量技術(shù)在冶金、交通、鐵道、電力、建材、化 工、輕工等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。在生產(chǎn)過程或 工藝流程中，對各種配料稱重、定量稱重及動態(tài)稱重技 術(shù)的要求越來越高。衡器已成為工藝技術(shù)、預(yù)包裝技 術(shù)、收發(fā)貨業(yè)務(wù)及商業(yè)銷售行業(yè)中必不可少的組成部 分，稱重傳感器及智能儀表作為衡器的心臟部件，在工 業(yè)過程控制和貿(mào)易結(jié)算等方面倍受重視⑴。
目前，稱重傳感器主要分為壓電式、壓磁式、電阻 應(yīng)變式這幾種，而電阻應(yīng)變式稱重傳感器是現(xiàn)階段應(yīng) 用廣泛、性能穩(wěn)定、精度高、技術(shù)成熟的稱重傳感器⑴O 它利用金屬彈性體的應(yīng)變效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在側(cè)力的作 用下，彈性體發(fā)生形變,帶動附在上面的應(yīng)變片發(fā)生形 變,X寸應(yīng)產(chǎn)生電阻的變化，電阻的變化反映力的大小。 這種傳感器具有體積小、反應(yīng)快、線性度好、重復(fù)性好、 量程范圍廣、使用方便等優(yōu)點。
1稱重儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計
一般情況下，在給定激勵電壓10 ~ 12 V的條件下，電阻應(yīng)變式稱重傳感器的輸出電壓在0 ~30mV, 如此微弱的信號無法直接應(yīng)用。因此,必須在智能儀 表的配合下,將傳感器的信號轉(zhuǎn)化成重量，并通過各種 通信接口輸出給上位機(jī)。5。目前，多數(shù)稱重儀表的 組成結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖1稱重儀表組成結(jié)構(gòu)圖
Fig. 1 Compositional structure of the weighing instrument

信號調(diào)理電路主要由濾波電路、抗混疊電路等組 成;放大電路主要由運算放大器構(gòu)成，用來將毫伏級信 號放大到伏級，以便A/D電路將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。上 述電路中，半導(dǎo)體集成度不高、器件多、溫度補(bǔ)償不好 控制、可靠性低、產(chǎn)品成本較高。
由深圳芯海科技生產(chǎn)的CS1160是16位高精度、 低功耗Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，可以在2.7-5.5 V 電源電壓條件下工作面。CS1160的1 ~ 128倍可編程 增益放大器，當(dāng)工作在128倍時,CS1160有效分辨率 可達(dá)16 bits0備有一個二階Sigma-Delta調(diào)制器，芯片 的FIR濾波器提供50 Hz和60 Hz陷波濾波，有效提高了芯片的抗干擾性能。
該芯片不僅集成了信號調(diào)理電路、放大電路、數(shù)模 轉(zhuǎn)換電路,還提供了非常適合儀表產(chǎn)品的校正功能。 因此,可將圖1簡化為圖2所示的設(shè)計簡圖。

圖2稱重儀表設(shè)計簡圖
2稱重儀表的硬件設(shè)計
隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，微控制器(MCU)的性 能也大幅度提高，內(nèi)部資源也非常豐富,為高度智能化 儀表的設(shè)計制造提供了平臺。本文的智能稱重儀表設(shè) 計采用Atmel公司的ATmegal6L高性能、低功耗8位 AVR微處理器。它采用先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，工作于 16 MHz時性能高達(dá)16 MIPS；內(nèi)置16 kB的系統(tǒng)內(nèi)可編 程 Flash ,512 B 的 EEPROM J kB 的片內(nèi) SRAM、JTAG 接口支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能;2個8位定時器/計數(shù) 器、1個16位定時器/計數(shù)器、4通道PWM、8路10位 ADC.TWI兩線接口、SPI串行接口、串行USART 接口等關(guān)氣。

基于CS1160和ATmegal6L設(shè)計的智能稱重儀 表具備以下特點：自動調(diào)零、自動平衡、自動補(bǔ)償、自 選量程等信息處理功能；數(shù)據(jù)自動釆集、預(yù)處理、相 關(guān)濾波，且由傳感器本身消除異常值和例外值，提供 比傳統(tǒng)傳感器更全面、更真實的信息；能夠隨機(jī)標(biāo) 定;具有一定程度的記憶與處理功能，內(nèi)含特定算法 并可根據(jù)需要進(jìn)行改變；能輸出數(shù)字信號，具有遠(yuǎn)程 通信能力和良好的人機(jī)界面。依照上述要求設(shè)計的 智能稱重儀表外圍電路如圖3所示。集成芯片 CS1160有16個管腳，模擬電源(+ 12 V.AGND)、數(shù) 字電源(Vcc，DGND)、參考電壓(VQ都是單獨分開 的，數(shù)模轉(zhuǎn)換的時鐘由一個4. 915 2 MHz外部晶振實 現(xiàn)，參考電壓由TU31提供，本文采用5 V參考電 壓，所以R3。和R"選擇了 1%。精度的等值27 kft電 阻。電阻應(yīng)變傳感器的激勵電壓選擇+12 V直流， 差分信號經(jīng)阻容濾波電路后接到CS1160的AIN0和AINj 兩端。CS1160 芯片的 DRDY、SCLK、SDO、SDI、 CS引腳分別是數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒、串行時鐘、串行數(shù)據(jù)輸 出、串行數(shù)據(jù)輸入、片選，它們與MCU的SPI接口連 接,用來讀寫控制CS1160,完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。

主控MUC采用ATmegal6L高性能AVR芯片，外 部晶振采用7.372 8 MHz,方便在線調(diào)試和程序燒錄; LCM選擇了 OCMJ4X8C,其內(nèi)置一二級漢字庫、128 x 64的顯示點陣，可以顯示圖形和中英文字符，而無需 自建字模。該液晶還可以通過PSB控制引腳,切換到 串行方式，節(jié)省MCU的I/O引腳。
3稱重儀表的程序設(shè)計
CS1160使用了一系列指令來完成對芯片的工作 模式、工作速度、誤差校正等的控制。接收數(shù)據(jù)時總 是高位在前。發(fā)送數(shù)據(jù)的格式則由ACR寄存器的 BITORDER位來決定。CS1160指令描述如表1 所示。

4結(jié)束語
通過使用CS1160集成芯片，并配合以ATmegal6L 高性能單片機(jī)，不僅簡化了稱重儀表的設(shè)計、降低了產(chǎn) 品成本、提高了可靠性,且在實際生產(chǎn)應(yīng)用中效果良 好。另外，在應(yīng)用過程中,有些功能不能夠很好地滿足 現(xiàn)場的需求，比如，由于現(xiàn)場條件限制,對傳感器的標(biāo) 定方法還不夠靈活、系統(tǒng)電源的抗干擾能力較差等，這 說明該產(chǎn)品還有待于進(jìn)一步提高。

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