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隨著電子技術(shù)、傳感器制造技術(shù)、微處理器技術(shù)的發(fā)展和成熟，定量稱(chēng)量包裝秤已逐漸實(shí)現(xiàn)電子化,定量稱(chēng)量系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的杠桿平衡原理的機(jī)楸秤逐漸向由微處理器控制，以高精度稱(chēng)重傳感器懇核心的電子秤的轉(zhuǎn)化。
1硬件設(shè)計(jì)
選擇MCS51系列單片機(jī)，釆用應(yīng)變片式傳感器,將重量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，通過(guò)直流放大器放大后送入A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，推動(dòng)繼電器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。見(jiàn)圖1。

圖1電子秤電子部分總體設(shè)計(jì)框圖
設(shè)計(jì)要求稱(chēng)量范圍為10~100kg,誤差小于等于0.625%。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，著重考慮電子部分的設(shè)計(jì)。首先需考慮精確度。根據(jù)《定量包裝商品計(jì)量監(jiān)督規(guī)定》要求，需將稱(chēng)量精確度控制在40kg±0.25kg以?xún)?nèi)，即誤差小于等于0.625%o電子秤的誤差分為兩類(lèi):①靜態(tài)誤差。包含稱(chēng)重傳感器引起的誤差0.05%,調(diào)零電路和放大環(huán)節(jié)的誤差0.02%,橋路供電電壓誤差0.01%,A/D轉(zhuǎn)換器的綜合誤差為0.02%，總的合成誤差是各種偶然誤差的均方根合成，即0.058%o由此可以看出，其靜態(tài)誤差完全符合國(guó)家稱(chēng)量標(biāo)準(zhǔn)。②動(dòng)態(tài)稱(chēng)量誤差。主要來(lái)源于電子秤對(duì)干擾信號(hào)響應(yīng)的相對(duì)滯后。具體而言，與物料是否均勻，物料密度大小,是否有塊料，粗、細(xì)進(jìn)料門(mén)限值,與稱(chēng)量速度也有關(guān)，與機(jī)械震動(dòng)的關(guān)系較大?？偟膩?lái)說(shuō)需要滿(mǎn)足40kg±0.25kg的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)圖1和需要控制的各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差，選擇相關(guān)的元器件。
1）    稱(chēng)重傳感器:根據(jù)定量包裝秤的設(shè)計(jì)范圍稱(chēng)重傳感器選擇量程為100kg,其靈敏度為2mV/V,即滿(mǎn)量程時(shí)IV激勵(lì)電壓對(duì)應(yīng)輸出的電壓值。在物料的稱(chēng)量過(guò)程中，物料的凈重可以設(shè)置為10~100kg,桶重約50kg,這樣稱(chēng)量過(guò)程中皮重約60~150kg（靜態(tài)），稱(chēng)量過(guò)程中的沖擊力預(yù)計(jì)最大100N,采用2個(gè)傳感器懸掛1個(gè)料桶,每個(gè)傳感器均衡受力，確保每個(gè)傳感器受力滿(mǎn)載時(shí)為35~80kgo選擇量程為100kg的傳感器能滿(mǎn)足要求。
如果按照10V激勵(lì)電壓，傳感器在稱(chēng)量過(guò)程中輸出電壓約為7~16mV,滿(mǎn)載時(shí)的輸出不會(huì)超過(guò)其量程范圍，傳感器的線(xiàn)性度較好，同時(shí)也增加了靈敏度和傳感器的輸出。
2）    傳感器供電模塊:AD581是美國(guó)AD公司出品的高精度電壓輸出模塊，其輸出電壓的精度為0.01%,具有良好的穩(wěn)定性。
3）    測(cè)量放大器選擇AD公司出品的儀用放大器AD522B,其誤差為0.02%,能做到阻抗匹配，抑制干擾,具有輸入阻抗高、低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益的特點(diǎn),是一種集成的精密測(cè)量放大器，該測(cè)量放大器內(nèi)部是一個(gè)三運(yùn)放的放大器結(jié)構(gòu)，其增益由RG進(jìn)行調(diào)整。AD522的4、6腳接高
精度電位器用于調(diào)整放大器零點(diǎn),如果是在強(qiáng)干擾環(huán)境中使用，引腳13可接信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)的屏蔽網(wǎng)以減小干擾，不用則懸空。
4)硬件減法器:在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提高控制精度，增加了一級(jí)高精度減法器。選擇AD公司的ADOP07運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)去皮重電路?？紤]到16位A/D轉(zhuǎn)換器價(jià)格較貴，采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)加一級(jí)硬件減法器提高稱(chēng)量精確度，同時(shí)得到了最好的性?xún)r(jià)比。
5)A/D轉(zhuǎn)換器:該電路采用AD574AJ,轉(zhuǎn)換時(shí)間為20俸。工作溫度為0~70乞。
AD574是美國(guó)AnalogDevice公司生產(chǎn)的12位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其主要特點(diǎn):①有參考電壓基準(zhǔn)和時(shí)鐘電路，不需外部時(shí)鐘就可以工作；②轉(zhuǎn)換速率高,12位轉(zhuǎn)換25^,8位轉(zhuǎn)換16愕;③8位或16位微處理器接口，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接掛在單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)上而無(wú)需接口電路;④溫度適應(yīng)范圍大，在-55~+125Y范圍內(nèi)滿(mǎn)足線(xiàn)性要求?？紤]到傳感器電位信號(hào)在反應(yīng)前后產(chǎn)生突變，只需采樣反應(yīng)前后趨于穩(wěn)定的電位特征值即可,12位的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片已完全能夠滿(mǎn)足要求。
6)采樣/保持電路:根據(jù)《自動(dòng)控制原理》中的奈奎斯特采樣定理，在一個(gè)數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中，為了使輸出信號(hào)能無(wú)失真地自我復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)，必須使采樣頻率至少為輸入信號(hào)最高有效頻率的兩倍。故需要加一級(jí)采樣保持電路，選擇AD582采樣保持電路。
7)人機(jī)接口電路:考慮到需要在現(xiàn)場(chǎng)操作及
管理人員需要在控制室觀察操作，為此，采用2片Intel8031CPU,1片進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的顯示重量和掃描鍵盤(pán),1片放在控制機(jī)房進(jìn)行采樣、控制、鍵盤(pán)、數(shù)字顯示控制?？梢苑奖阍黾訜o(wú)線(xiàn)傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作站和控制機(jī)房無(wú)線(xiàn)連接。
2軟件設(shè)計(jì)及聯(lián)合調(diào)試
采用Intel8031匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，在線(xiàn)仿真編程器進(jìn)行調(diào)試。在軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中盡量采用模塊化設(shè)計(jì)，比如，將數(shù)據(jù)采集用的A/D轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)成A/D轉(zhuǎn)換采樣模塊。將濾波程序設(shè)計(jì)成濾波模塊,將數(shù)字顯示部分設(shè)計(jì)成數(shù)顯模塊，將鍵盤(pán)掃描電路設(shè)計(jì)成鍵盤(pán)掃描模塊,將延時(shí)程序設(shè)計(jì)成延時(shí)模塊。在設(shè)計(jì)開(kāi)始以前要詳細(xì)分配各個(gè)模塊的入口參數(shù)地址和出口參數(shù)地址。布爾開(kāi)關(guān)量應(yīng)當(dāng)在CPU寄存器中設(shè)置固定的地址。
軟件設(shè)計(jì)和硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，分別進(jìn)行硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，調(diào)試合格后進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)解決。實(shí)驗(yàn)成功后將硬件電子電路制作成規(guī)范化的電路板。
3結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)上述設(shè)計(jì)，完成了淀粉定量稱(chēng)量包裝秤電子部分的設(shè)計(jì)。根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，成功制造了淀粉自動(dòng)秤。該秤具有自動(dòng)跟蹤料斗重量，自動(dòng)調(diào)整門(mén)限值的功能，自動(dòng)調(diào)整控制稱(chēng)量精度。維護(hù)方便、精度高、速度快,可以應(yīng)對(duì)不同行業(yè)的顆粒物料的定量稱(chēng)量的需求,具有較廣闊的市場(chǎng)前景。
 

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