電子臺秤定量稱重儀表的設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)和微電腦的快速發(fā)展，智能稱重儀表正逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械稱量系統(tǒng)，在計(jì)量、定量稱重等系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。本文介紹的智能型數(shù)字顯示稱重儀表，采用嵌入式單片計(jì)算機(jī)，其顯著特點(diǎn)是集高精度計(jì)量、在線通訊、在線修改參數(shù)、報(bào)警及實(shí)時(shí)顯示等于一身，定量稱重儀表的大部分功能集成于一塊電路板上，儀器可靠性高、體積小，便于用戶安裝使用。系統(tǒng)采取了特殊的自診斷、保護(hù)和抗干擾措施，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

稱重儀表硬件設(shè)計(jì)原理

該定量稱重儀表可同時(shí)接入二路拉壓傳感器輸入信號，并可為電子臺秤傳感器提供橋路電壓，A／D采用∑～ △型高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)采用內(nèi)置8KFlashRAM的AT89C52，由于不需外擴(kuò)程序儲存器，可有效減小線路板面積，提高工作穩(wěn)定性。采用E2PROM 型的X5045作為數(shù)據(jù)存儲器，存儲工作過程中所需的某些參數(shù)。鍵盤用于參數(shù)的設(shè)置，本設(shè)計(jì)采用4個(gè)薄膜按鍵，通過鍵值組合及顯示提示，可完成多組參數(shù)的鍵入及多組信息的顯示，如波特率設(shè)置、稱量的皮重顯示等。顯示為雙6位LED，其中第l位為毛、凈重或動態(tài)補(bǔ)償狀態(tài)指示，后5位為稱重值。通訊接口采用RS一485方式，其有效運(yùn)傳距離為1200米，便于現(xiàn)場組成測控系統(tǒng)。在儀表的后置面板上，安裝了20個(gè)接線端子，分別用于拉壓傳感器工作電源的輸出、儀表交流電源的輸入及稱重上、下限報(bào)警的輸出。為方便用戶的使用，所有報(bào)警輸出均采用繼電器觸點(diǎn)形式。中的D／A轉(zhuǎn)換用于有計(jì)量控制系統(tǒng)時(shí)的控制系統(tǒng)的給定。

定量稱重儀表主要技術(shù)參數(shù)及功能

l、量程：單位Kg或g，zui大為99999Kg(或g)，量程自動轉(zhuǎn)換，測量精度為±0．1％。
2、回差：量程的干分比，zui大為999。
3、報(bào)警上、下限：量程的干分比，zui多三位，共4路。
4、皮重：默認(rèn)值為零，具體數(shù)值可由鍵盤或上位機(jī)輸入。
5、動態(tài)補(bǔ)償方式：由鍵盤設(shè)置或由上位機(jī)指令補(bǔ)償。
6、顯示錯(cuò)誤信息：如補(bǔ)償信息丟失、校秤信息丟失、皮重信息丟失、量程信息丟失、零點(diǎn)及滿標(biāo)度信息丟失等。為適于定量包裝生產(chǎn)過程的稱重，該儀器內(nèi)置了一個(gè)簡單實(shí)用的消除稱重誤差的控制算法。由于稱重系統(tǒng)主要由傳感器誤差、定量稱重儀表誤差及干擾誤差組成，電子臺秤前兩種誤差是由系統(tǒng)硬件決定的，為系統(tǒng)所固有，而干擾誤差主要來自于稱量體的振動、喂料機(jī)構(gòu)的慣性、料倉的壓力變化、物料流動狀態(tài)的變化以及物料對稱量體的沖擊、落差等。這些可稱為稱重過程中的干擾因素，是隨機(jī)的。該儀器采用預(yù)估補(bǔ)償值和修正控制值來跟蹤這些隨機(jī)干擾的變化，以此達(dá)到消除或盡可能減少干擾所引起的稱重誤差的目的。其具體過程如下：
先求出誤差預(yù)估補(bǔ)償值：

N的取值既不能太大，也不能太小。若太大，會降低稱重儀器對隨機(jī)干擾的跟蹤靈敏度，嚴(yán)重時(shí)甚至形成數(shù)據(jù)飽和現(xiàn)象，起不到及時(shí)跟蹤的目的：若太小，則受單次稱重干擾的影響較大，容易造成后續(xù)稱量中的虛假補(bǔ)償。因此，N的取值大小要由具體情況及試驗(yàn)確定。
在求出稱量誤差的平均值后，采用下面的修正公式來更改控制值：



式中，u(K+1)為第K+1次的控制值，d為e跟蹤范圍的上很。
上式中的修正算法表明，當(dāng)]el>d時(shí)，控制系統(tǒng)的給定值需要新設(shè)定，以消除干擾的影響，使控制系統(tǒng)盡快趨于穩(wěn)定，對精度要求不是很高的控制系統(tǒng)，d值可取設(shè)定值的5％。該預(yù)估補(bǔ)償算法無需建立系統(tǒng)的新的數(shù)學(xué)模型，算法簡單且易于計(jì)算，能有效提高稱重系統(tǒng)的控制性能。
 

與上位機(jī)的通信協(xié)議

該儀器在接入測控系統(tǒng)時(shí)，其通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问綖樯衔粰C(jī)一點(diǎn)對下位機(jī)多點(diǎn)形式，電子臺秤因此作為下位機(jī)的該稱重儀表必須有自己的站號，該站號可由用戶予以設(shè)置。此外，用戶還可以設(shè)置通信時(shí)的波特率。該定量稱重儀表以ASCII碼數(shù)據(jù)形式與上位機(jī)進(jìn)行串行通訊，一臺上位機(jī)zui多可與256臺稱重儀表通信，通信內(nèi)容如下：

l、上位機(jī)向下位機(jī)

傳送數(shù)據(jù)長度固定，共為30字節(jié)，其中導(dǎo)引碼2字節(jié)，分機(jī)站號2字節(jié)，分站1、2號通道設(shè)置參數(shù)種類一致，分別為通道量程5字節(jié)(高位在前)，回差3字節(jié)，報(bào)警上限、下限各3字節(jié)，補(bǔ)償方式1字節(jié)(1表示下位機(jī)自動補(bǔ)償，0表示上位機(jī)指令補(bǔ)償)，異或值校驗(yàn)字2字節(jié)。

2、下位機(jī)往上位機(jī)
傳送的數(shù)據(jù)長度固定，共為16字節(jié)，其中導(dǎo)引碼2字節(jié)，分機(jī)站號2字節(jié)，數(shù)據(jù)12字節(jié)，即每通道6字節(jié)，具體為顯示值5字節(jié)，數(shù)據(jù)性質(zhì)說明1字節(jié)(如凈重、毛重?cái)?shù)據(jù)等)，異或值校驗(yàn)2字節(jié)。

該定量稱重儀表采用嵌入式計(jì)算機(jī)及其外圍接口電路技術(shù)，既可單機(jī)使用也可作為下位機(jī)方便入網(wǎng)，組成功能更為齊全的測控系統(tǒng)。通過合理的軟硬件優(yōu)化和集成，該稱重儀表具有較高的性能價(jià)格比。經(jīng)現(xiàn)場使用，實(shí)際運(yùn)行表明，該稱重儀表參數(shù)設(shè)置方便，顯示清晰，電子臺秤具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性及抗*力，使用方便，儀器的精度較高，具有一定的推廣價(jià)值。