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一种地磅称重仪表的设计与实现

文章出处:admin 人气:发表时间:2019-05-16 09:54

汽车衡俗称地磅, 是商家用于大宗货物计量的主要称重设备。随着高精度称重传感器技术的日趋成熟, 机械式地磅逐渐被精度高、稳定性好、操作方便的电子汽车衡所取代。称重仪表即称重显示仪表, 是汽车衡称重系统的重要组成部分, 现今的称重仪表随着电子技术与计算机技术的发展, 功能日趋多样化。

1 称重系统

图1-1

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称重系统组成如图1-1所示。

全电子衡器称重系统主要由秤体、称重传感器、称重显示仪表、外设4大部分组成。秤体为承重部分, 包括接线盒和信号电缆;称重传感器将重量压力信号转换成电信号输出;输出的模拟信号经放大、滤波、A/D转、数字处理后转换为重量数字显示;称重仪表的各种通讯接口可与打印机、大屏幕显示器、上位机计算机管理系统等外设相连。

2 称重仪表硬件设计

根据控制任务的需要, 该仪表功能多, 硬件占用大量I/O口资源, 采用ARM系列控制器可只用一块芯片, 但成本提高, 且需操作系统管理各项任务。从成本考虑, 称重仪表采用两块STC90C52RC单片机作为控制器, 主机主要负责现场数据的处理、存储与显示等实时性要求高的任务;从机负责打印、网络通讯等数据传输的任务。主机与从机之间采用SPI通信完成数据交换。硬件框图如图2-1所示。

2.1 电源

图2-1

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图2-2

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图2-3

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电源可采用变压器或开关电源供电, 从电源效率考虑采用开关电源, 并配备12V蓄电池备用, 上电充满后, 由从机监控进行浮充, 掉电后对称重仪表供电。开关电源采用两块LM2596芯片设计实现, 获取5V、9V、12V电源。

2.2 主机外围硬件

数字传感器与主机之间的接口采用RS422接口。主机采集传感器数据, 若数据正常, 数据处理后, 采用AT24C256进行数据存储;若数据异常, 则进行错误代码处理并显示。现场显示采用数码管, 可接大屏幕显示器放大显示。数码管采用共阴连接, 动态扫描的方式显示。采用4-20m A电流环接口可进行远距离传输;采用DS1302便于显示日期、时钟;IC卡为维护人员提供信息认证, 蜂鸣器进行仪表异常报警提示;硬件结构如图2-2。

2.3 从机外围硬件

从机主要负责实时性要求不太高的任务打印和数据上传, 称重数据经主机传输给从机后打印, 从机经过串口发送数据给打印机打印数据, 现场出票。键盘设计为矩阵键盘, 共4*6=24个按键;从机只完成扫描任务, 具体按键处理由主机负责。GPRS DTU保持与监控中心的连接, 通过GPRS网络上传数据到企业数据库, 完成更高层次的数据管理。如图2-3所示。

图3-1

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3 称重仪表软件设计

根据称重仪表功能任务多的情况, 采用操作系统不能满足实时性要求, 且程序量较大, 运行中RAM明显不足, 故采用两块单片机用中断方式进行处理。

3.1 主机程序设计

主机程序主要完成称重、显示、按键状态处理及与上位机的联系。程序流程图如图3-1所示。

3.2 从机程序设计

从机程序负责按键扫描、显示、打印及GPRS数据传输, GPRS数据传输由于采用的是模块, 只需按协议向串口发送数据即可。程序流程图如图3-2。

4 调试测试

调试按模块调试通过后进行集成。PCB制板由三块组成, 一块集成数码管, 一块为打印机驱动, 一块为其他硬件集成。硬件调试过程中数码管显示亮度略显不足, 可改为静态显示。GPRS信号的频率经过PCB板耦合后, 干扰称重显示, 加屏蔽后解决。长时间上电后随着蠕变会产生漂移, 为避免误差过大, 需进行零点跟踪后归零。软件调试过程中由于按键的扫描由于任务多, 需安排好扫描时间, 避免延迟时间过久, 甚至不响应。该称重仪表只兼容ZEMIC (中航电测) 的传感器, 测试过程中数据可靠、显示稳定, 监控中心收到的数据稳定, 误码率低。

图3-2

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5 小结

该称重仪表功能多, 分解任务后, 采用双单片机控制简化程序设计, 通过中断方式解决了实时性的问题, 降低了成本。仪表的多种网络接口方便了数据与设备的管理, 便于企业掌握现场数据信息。


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