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0引言
由于受國內(nèi)研發(fā)和制造水平的限制，儀表的技術(shù)含量、功能，特別是在稱重精度、網(wǎng)絡(luò)通信等方面與國外相比尚有一些差距[1]。那么，開發(fā)一款功能較完善，具有較高秤量精度和使用可靠性的可編程稱重控制器，是本設(shè)計的重點。在控制過程方面，用戶可以方便的實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制過程，通過編制工作流程。在使用方面，為了滿足工業(yè)現(xiàn)場對控制操作的要求，可通過鍵盤和LED顯示結(jié)合來實現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的查詢、程序的編寫和稱重過程控制等操作，操作界面簡單、易懂。除此之外，該控制器還要滿足稱重計量自動化的要求，不僅要給出重量信息，而且還因具有控制功能和管理功能，并提供屏幕顯示。解決這個問題的途徑之一是開發(fā)一塊滿足稱重系統(tǒng)要求的印制電路板，直接插入電子計算機中，使稱重顯示控制器與計算機一體化。詳細給出了稱重控制器的設(shè)計方法，根據(jù)配料生產(chǎn)的工藝要求，采用單片微機設(shè)計，集測量控制一體化的新型稱重控制器[2]。
1系統(tǒng)設(shè)計
本設(shè)計闡述了可編程稱重控制器的設(shè)計方案，并對稱重控制儀表的主要性能指標和各功能模塊進行說明。
工作原理：質(zhì)量（力）通過稱重傳感器轉(zhuǎn)換為電信號,再以模擬量（數(shù)字量）的形式顯示儀表上。稱重系統(tǒng)主要由稱重傳感器、弱信號的放大和濾波電路、高數(shù)位A/D轉(zhuǎn)換器、MCU和顯示器等組成[3]。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)的工作原理
2.1總體方案的硬件設(shè)計[5]
(1)MCU的選型及最小系統(tǒng)的搭建。
(2)A／D轉(zhuǎn)換器：芯片的選型及輔助電路的設(shè)計。
(3)按鍵顯示模塊：芯片選型及其電路設(shè)計。
(4)串行通訊接口(包括RS-232和RS-485接口)：芯片的選型及其電路設(shè)計。
(5)電源模塊：芯片的選型以及電路設(shè)計。
2.2MCU部分
系統(tǒng)選用CIP-51系列的C8051F020單片機，作為測量控制儀表的核心。此單片機是完全集成的混
合信號系統(tǒng)級MCU，有64個數(shù)字I/O引腳。如圖2所示C8051F020的模塊示意圖。

2.3A/D轉(zhuǎn)換模塊
本文選擇了ICL7135?？紤]到系統(tǒng)中其他因素的影響，12位的A/D芯片無法滿足系統(tǒng)對控制精度的要求，需要14位或者更高精度的A/D芯片。所以，選擇雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器—ICL7135。另外，運用前置放大和濾波稱重傳感器，具有輸出為微弱的低頻差分信號，且電壓幅度為微伏級的特點，有效地克服了干擾的影響。
2.4串行通訊模塊
設(shè)計系統(tǒng)中，RS-232和RS-485接口同時具備，完成與上位機的數(shù)據(jù)通信。RS-232，適用近距離的數(shù)據(jù)傳輸，接線方式簡單且靈活；RS-485，適用遠距離、多點通信，常用于工業(yè)控制信號的傳輸和現(xiàn)場信息的采集。根據(jù)實際需要選用合適的串行通信標準。
2.5電源模塊
一個硬件系統(tǒng)設(shè)計中，電源[7]是關(guān)鍵的一個部分，設(shè)計中需要考慮功率的容限、電源的輸出電壓及紋波干擾等因素。電源模塊的電路圖如3所示。

3.6稱重系統(tǒng)的硬件主體
稱重系統(tǒng)的硬件主體電路如圖4所示，硬件電路中使用了七達林頓驅(qū)動器UN2003，二輸入端四與非門MC4011，模擬開關(guān)MC4066，3/8線譯碼器，運放TL062等器件，系統(tǒng)配有4×4的鍵盤和7位的LED顯示器，顯示單位：克（g）、千克（kg）以及噸（t），可根據(jù)需要選擇。顯示屏上有8只發(fā)光二極管A-H,分別標示LW（零位）、PZ（皮重）、ZL（置零）、DJ（單價）、JE（金額）、LC（累計次數(shù)）、LJ（累計）及LZ（累計重量）。

3.7軟件設(shè)計流程
軟件設(shè)計主要完成：用戶對需求功能的響應(yīng)、軟件的濾波處理、測得數(shù)據(jù)的采集及其處理、稱重數(shù)據(jù)的顯示和校正等功能。
3.7.1主程序的設(shè)計
主程序主要完成的功能：數(shù)據(jù)的采集、配料控制、數(shù)值顯示等。主程序設(shè)計的流程：系統(tǒng)開機后，執(zhí)行初始化子程序，再進入主循環(huán)，不斷地查詢按鍵是否動作，當查詢到有鍵按下時，執(zhí)行相應(yīng)按鍵功能的子程序；無鍵按下時，則繼續(xù)掃描。
3.7.2功能模塊的程序設(shè)計
控制器具有的功能模塊主要有：控制流程編寫、稱重標定、系統(tǒng)測試、時間和日期設(shè)置、全局參數(shù)設(shè)置、記錄數(shù)據(jù)查詢等。
3.7.3系統(tǒng)測試功能模塊
通過按鍵，可對不同項目進行選擇。例如：在顯示稱重的狀態(tài)下，按下[測試]鍵，即可進入系統(tǒng)的測試功能。通過這種方式，可以測試儀表的各硬件功能，判斷控制器的各項功能是否可以正常工作。
3.7.4全局參數(shù)功能測試模塊
此模塊的功能主要是對稱重過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，如：參數(shù)的顯示方式、串行通訊口的相關(guān)參數(shù)等進行設(shè)置。
3.7.5記錄查詢數(shù)據(jù)功能模塊
記錄數(shù)據(jù)查詢功能模塊主要用于查詢稱重過程中配料結(jié)果的歷史記錄。
3.7.6串行通信功能模塊
串行通訊是可編程稱重控制器不可或缺的一部分。本文串行通訊功能模塊包括RS—232和RS—485兩種標準串行接口，可實現(xiàn)對設(shè)備的遠程管理和PC機組網(wǎng)的控制。
3.7.7軟件濾波
采用軟件濾波防止外界及系統(tǒng)本身對系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。
4硬件抗干擾的措施
4.1抗干擾的措施
抗干擾的主要措施：在切斷來自配電系統(tǒng)和傳輸通道干擾的同時，也起到了削弱已進入儀表的部分干擾的作用。按照干擾進入儀表的方式分為：
·串模干擾
·共模干擾
·數(shù)字電路干擾
·電源和地線系統(tǒng)的干擾
4.2電容性耦合
4.3光電耦合器
光電耦合器具有強抗干擾能力的原因：
①抗干擾能力強是由于輸入的阻抗較低，而干擾源的內(nèi)阻很大導(dǎo)致的。根據(jù)分壓原理，由于其所提供的能量很小，只能形成很微弱的電流。同理，只有在通過一定強度的電流時，光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管才能發(fā)光；輸出部分的光敏三極管對光的強度也有一定的要求。對于電壓幅值很高的干擾，要使二極管發(fā)光是需要足夠的能量的，從而使干擾得到有效抑制。
②光電耦合器阻止干擾噪聲饋送到另一邊。因為輸入回路與輸出回路之間的分布電容很小，絕緣電阻非常大。
③受外界光的干擾小。輸入與輸出回路之間是光耦合的，而且在密封條件下進行。
注意：光電耦合器的輸入部分與輸出部分必須分別采用獨立的電源，否則隔離作用失去意義。
4.4開關(guān)量輸入/輸出通道的抗干擾隔離措施
由于開關(guān)量的輸出電路可直接控制動力設(shè)備的啟/停，所以通道引入的干擾更加強烈。對此，繼電器和光電耦合器隔離是抗干擾隔離的主要措施。
繼電器隔離：采用這種措施時，由于觸點的負載能力強，可直接驅(qū)動動力回路，所以需把驅(qū)動器設(shè)置在繼電器與輸出鎖存器之間。
繼電器適用于對響應(yīng)速度要求不高的啟/停操作，其延遲時間需幾十毫秒。
光電耦合器隔離：采用這種隔離方式，不需使用驅(qū)動器，一般的三態(tài)門即可滿足要求。
此外，光電耦合器比適合于對啟/停操作的響應(yīng)時間要求比較高的輸出控制系統(tǒng)，因為其延遲時間比較短。
必須對狀態(tài)信號、控制信號以及數(shù)字量信號，進行全部的隔離，以使得兩邊電器上沒有任何的關(guān)聯(lián)。
4.5隔離的應(yīng)用
在實際應(yīng)用中，光電耦合器件均設(shè)置在模擬量輸入/輸出通道的模擬多路開關(guān)芯片上，模擬量輸入（輸出）通道：設(shè)置在A/D（D/A）芯片電路的數(shù)字信號上。接地的目的：在消除流經(jīng)公共地線的各電路電流所產(chǎn)生的噪聲電壓干擾的同時，也消除了電磁場和地電位差對系統(tǒng)的影響。
5結(jié)論
該可編程稱重控制器的研發(fā)過程中，重點應(yīng)用80C51系列單片機工作原理特點以及C語言程序設(shè)計該系統(tǒng)。運用單片機在顯示應(yīng)用中外圍芯片擴展的方法，整體上實現(xiàn)了電路相關(guān)的理論，提高了稱重系統(tǒng)的應(yīng)用能力。電子秤的高速和高精度在數(shù)字式電子稱重系統(tǒng)設(shè)計中詳細闡述[9]。

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