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      高精度稱重系統(tǒng)

      發(fā)布時(shí)間:2021-11-29 17:05:19 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      0引言

      傳統(tǒng)的量具是桿秤或盤秤,隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)的稱重系統(tǒng)在功能、精度、智能化、性價(jià)比等方面越來(lái)越難以滿足人們的需要。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的電子秤,在各行各業(yè)中開(kāi)始顯現(xiàn)其測(cè)量精度高,測(cè)量速度快,操作簡(jiǎn)單易學(xué),已經(jīng)取代傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測(cè)量秤。隨著人們生活水平不斷提高,計(jì)算機(jī)走進(jìn)千家萬(wàn)戶,電子秤往往都是商家提前制作好的成品,不能和現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)相連接,功能單一,不能根據(jù)用戶需要進(jìn)行實(shí)時(shí)更改系統(tǒng)的使用功能[1]。

      基于虛擬技術(shù)的稱重系統(tǒng)是一種智能化電子秤,采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的一體化的電子稱量裝置[5,6]。用虛擬軟件顯示界面,可接打印機(jī),還可自主設(shè)置被稱量物體的價(jià)格,并顯示付款金額,來(lái)滿足并解決現(xiàn)實(shí)生活中提出的“快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動(dòng)、遠(yuǎn)程同步”稱量要求,同時(shí)有效地消除人為誤差,使之更符合法制計(jì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的應(yīng)用要求。因此,設(shè)計(jì)基于虛擬技術(shù)的高精度稱重系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值[2]。

      1系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)

      經(jīng)過(guò)方案比較和論證,最終確定的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架。當(dāng)物品放到懸臂梁上,懸臂梁受到被稱重物的重力作用變形,使得粘貼在懸臂梁上的電阻應(yīng)變片阻值發(fā)生變化,經(jīng)過(guò)電橋測(cè)量電路轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),電壓信號(hào)的強(qiáng)弱隨物重的大小而變化,該電信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路后,送入AD574進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與物重成正比,再進(jìn)入AT89S52進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,然后經(jīng)過(guò)串口MAX232送入計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理,在LabVIEW軟件界面中實(shí)現(xiàn)實(shí)際質(zhì)量顯示、付款金額顯示以及稱量歷史記錄保存等功能。

      2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

      2.1傳感器

      懸臂梁式彈性元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工比較容易、應(yīng)變片粘貼方便、靈敏度較高等特點(diǎn),適用于制作小量限測(cè)力傳感器。此類彈性元件有兩種基本形式,一種為等截面懸臂梁,另一種為等強(qiáng)度懸臂梁,本設(shè)計(jì)采用等截面懸臂梁式傳感器。

      2.2信號(hào)放大電路

      根據(jù)傳感器輸出信號(hào)特點(diǎn),放大器的設(shè)計(jì)主要是高增益,低噪聲。AD公司生產(chǎn)的AD620以其低噪聲的優(yōu)越性能為低頻微伏信號(hào)檢測(cè)提供了很好的選擇[3]。將傳感器輸出的電信號(hào)通入AD620的輸入端,經(jīng)放大后從AD620的第6腳輸出,輸出電壓作為放大器OP07輸入電壓,再進(jìn)行放大。由于懸臂梁式傳感器輸出信號(hào)易受外界因素影響,電壓值有微小變化,為了使放大倍數(shù)更精確,故在OP07的反饋電阻上串聯(lián)一個(gè)50K的滑動(dòng)變組器。傳感器的輸出電壓信號(hào)在0~6.5mv左右,在整個(gè)放大電路中只需相應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變組器阻值來(lái)滿足所需的放大倍數(shù)。

      2.3數(shù)據(jù)采集電路

      為了實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器輸出壓力信號(hào)的采集,設(shè)計(jì)了AD574與單片機(jī)的接口電路。由于AT89S52單片機(jī)是八位機(jī),對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果只能按雙字節(jié)分時(shí)讀取,故2腳接地。AD574輸出帶三態(tài)輸出的連接方式,故可以將其直接掛在數(shù)據(jù)總線上。AD574的高八位數(shù)據(jù)線接單片機(jī)的數(shù)據(jù)線,低四位數(shù)據(jù)線接單片機(jī)的低四位數(shù)據(jù)線,AD574的CE信號(hào)要求無(wú)論是單片機(jī)對(duì)其啟動(dòng)控制,還是對(duì)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的讀入,都應(yīng)該為高電平有效,所以和通過(guò)“與非”邏輯接CE信號(hào);由于AD574的轉(zhuǎn)換速度很快,故采用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),將單片機(jī)的P2.5引腳與AD574的工作狀態(tài)指示(STS)引腳相連,通過(guò)P2.5引腳查詢STS端口狀態(tài),當(dāng)STS為0時(shí),表明轉(zhuǎn)換結(jié)束。

      2.4通信電路

      數(shù)據(jù)通信在硬件上采用三線制,將計(jì)算機(jī)串口和單片機(jī)串口的三個(gè)引腳(RXD,TXD,GND)分別連在一起,即將單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的發(fā)生數(shù)據(jù)線TXD與接收數(shù)據(jù)線RXD相互交叉連接,同時(shí)將兩側(cè)的接地線GND直接相連。

      3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

      系統(tǒng)軟件分為單片機(jī)軟件和計(jì)算機(jī)軟件兩個(gè)部分,單片機(jī)軟件使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編寫,主要實(shí)現(xiàn)時(shí)間的測(cè)量和距離的計(jì)算功能;計(jì)算機(jī)端軟件選用LabVIEW圖形語(yǔ)言進(jìn)行編寫,實(shí)現(xiàn)登陸密碼驗(yàn)證、重量顯示、單價(jià)設(shè)定、顯示付款金額和稱量歷史記錄等功能[4]。

      工作原理:?jiǎn)纹瑱C(jī)上電復(fù)位后,由程序進(jìn)行初始化操作,控制ADC選擇輸入模擬通道,并將模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,單片機(jī)采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行保存和數(shù)據(jù)處理,再通過(guò)串口通信送入計(jì)算機(jī)。

      4系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

      通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出,系統(tǒng)測(cè)量誤差在0.2%以內(nèi),可以滿足日用稱重測(cè)量需要。

      5結(jié)論

      1)本文提出了一種基于虛擬技術(shù)的高精度稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,從系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分詳細(xì)地闡述了該稱重系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

      2)通過(guò)對(duì)該稱重系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證了系統(tǒng)測(cè)量誤差在0.2%以內(nèi),滿足日常高精度測(cè)量需要。

      3)在設(shè)計(jì)該高精度稱重系統(tǒng)中,利用了虛擬儀器技術(shù),用戶可以根據(jù)需要對(duì)計(jì)算機(jī)端軟件進(jìn)行修改以適應(yīng)不同的使用需要。

       

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