一種地磅稱重儀表的設計與實現

汽車衡俗稱地磅, 是商家用于大宗貨物計量的主要稱重設備。隨著高精度稱重傳感器技術的日趨成熟, 機械式地磅逐漸被精度高、穩定性好、操作方便的電子汽車衡所取代。稱重儀表即稱重顯示儀表, 是汽車衡稱重系統的重要組成部分, 現今的稱重儀表隨著電子技術與計算機技術的發展, 功能日趨多樣化。

稱重系統組成如圖1-1所示。

全電子衡器稱重系統主要由秤體、稱重傳感器、稱重顯示儀表、外設4大部分組成。秤體為承重部分, 包括接線盒和信號電纜;稱重傳感器將重量壓力信號轉換成電信號輸出;輸出的模擬信號經放大、濾波、A/D轉、數字處理后轉換為重量數字顯示;稱重儀表的各種通訊接口可與打印機、大屏幕顯示器、上位機計算機管理系統等外設相連。

根據控制任務的需要, 該儀表功能多, 硬件占用大量I/O口資源, 采用ARM系列控制器可只用一塊芯片, 但成本提高, 且需操作系統管理各項任務。從成本考慮, 稱重儀表采用兩塊STC90C52RC單片機作為控制器, 主機主要負責現場數據的處理、存儲與顯示等實時性要求高的任務;從機負責打印、網絡通訊等數據傳輸的任務。主機與從機之間采用SPI通信完成數據交換。硬件框圖如圖2-1所示。

電源可采用變壓器或開關電源供電, 從電源效率考慮采用開關電源, 并配備12V蓄電池備用, 上電充滿后, 由從機監控進行浮充, 掉電后對稱重儀表供電。開關電源采用兩塊LM2596芯片設計實現, 獲取5V、9V、12V電源。

數字傳感器與主機之間的接口采用RS422接口。主機采集傳感器數據, 若數據正常, 數據處理后, 采用AT24C256進行數據存儲;若數據異常, 則進行錯誤代碼處理并顯示?，F場顯示采用數碼管, 可接大屏幕顯示器放大顯示。數碼管采用共陰連接, 動態掃描的方式顯示。采用4-20m A電流環接口可進行遠距離傳輸;采用DS1302便于顯示日期、時鐘;IC卡為維護人員提供信息認證, 蜂鳴器進行儀表異常報警提示;硬件結構如圖2-2。

從機主要負責實時性要求不太高的任務打印和數據上傳, 稱重數據經主機傳輸給從機后打印, 從機經過串口發送數據給打印機打印數據, 現場出票。鍵盤設計為矩陣鍵盤, 共4*6=24個按鍵;從機只完成掃描任務, 具體按鍵處理由主機負責。GPRS DTU保持與監控中心的連接, 通過GPRS網絡上傳數據到企業數據庫, 完成更高層次的數據管理。如圖2-3所示。

根據稱重儀表功能任務多的情況, 采用操作系統不能滿足實時性要求, 且程序量較大, 運行中RAM明顯不足, 故采用兩塊單片機用中斷方式進行處理。

主機程序主要完成稱重、顯示、按鍵狀態處理及與上位機的聯系。程序流程圖如圖3-1所示。

從機程序負責按鍵掃描、顯示、打印及GPRS數據傳輸, GPRS數據傳輸由于采用的是模塊, 只需按協議向串口發送數據即可。程序流程圖如圖3-2。

調試按模塊調試通過后進行集成。PCB制板由三塊組成, 一塊集成數碼管, 一塊為打印機驅動, 一塊為其他硬件集成。硬件調試過程中數碼管顯示亮度略顯不足, 可改為靜態顯示。GPRS信號的頻率經過PCB板耦合后, 干擾稱重顯示, 加屏蔽后解決。長時間上電后隨著蠕變會產生漂移, 為避免誤差過大, 需進行零點跟蹤后歸零。軟件調試過程中由于按鍵的掃描由于任務多, 需安排好掃描時間, 避免延遲時間過久, 甚至不響應。該稱重儀表只兼容ZEMIC (中航電測) 的傳感器, 測試過程中數據可靠、顯示穩定, 監控中心收到的數據穩定, 誤碼率低。

該稱重儀表功能多, 分解任務后, 采用雙單片機控制簡化程序設計, 通過中斷方式解決了實時性的問題, 降低了成本。儀表的多種網絡接口方便了數據與設備的管理, 便于企業掌握現場數據信息。