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0.前言

目前，電子衡器已經(jīng)進(jìn)入各行各業(yè)，并得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。稱重顯示控制器是電子衡器的重要基礎(chǔ)部件，它是一種具有顯示、輸出、定值控制和通信功能的、以微控制器為操作核心的稱重控制裝置，與合適的傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合后可構(gòu)成各種定值秤、配料秤等，廣泛應(yīng)用于飼料、冶金、化工、建材等行業(yè)的重量測控系統(tǒng)，是稱重配料控制和生產(chǎn)過程自動化必不可少的檢測和控制裝置。隨著自動稱重系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，對稱重顯示控制器的要求也越來越高。傳統(tǒng)的稱重顯示控制器多使用LED數(shù)碼管或字符型液晶顯示模塊作為人機(jī)交互界面，以符號或英文字母表示信息，用戶使用極不方便。為此，筆者研發(fā)一種以單片機(jī)STc89c58RD+為控制芯片、以O(shè)CMJ4x12B為顯示終端的控制系統(tǒng)。

1.它主要包括數(shù)據(jù)測量部分、數(shù)據(jù)的處理部分和控制信號的輸入／輸出部分。

1．1數(shù)據(jù)測量部分

該部分主要包括稱重傳感器、運(yùn)放及濾波電路和ADC等。由電阻應(yīng)變橋式稱重傳感器將受力時(shí)產(chǎn)生形變的電壓信號經(jīng)直流運(yùn)算放大器放大，有源濾波電路對其進(jìn)行濾波后，再由ADC模塊進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，最后送入單片機(jī)。稱重傳感器采用sB系列稱重傳感器，具有精度高、穩(wěn)定可靠、使用壽命長等特點(diǎn)。直流運(yùn)算放大器選用的是具有低漂移、低功耗、高精度性能的放大器INAl29。它是一個體積很小的8引腳塑料DIP和s0—8表面襯底封裝器件…。INAl29的增益計(jì)算為：G=(49．4kn／Rc)+l(1)式中G一增益；R。一外部增益設(shè)置電阻，可接在引腳l和引腳8之間對增益進(jìn)行設(shè)置；49．4kQ—INAl29內(nèi)部設(shè)定電阻修正的標(biāo)準(zhǔn)阻值。有源濾波電路中選用了模擬有源濾波器MAX275，它是美國某公司生產(chǎn)的通用型有源濾波器。中心頻率／截止頻率可達(dá)300kHz，且無需時(shí)鐘電路，因此與開關(guān)電容濾波器相比，其噪聲更低，動態(tài)特性更好。另外，MAx275配以合適阻值的外接電阻即可達(dá)到良好的濾波效果，能夠完全滿足控制器設(shè)計(jì)的需要。ADC模塊是控制器硬件設(shè)計(jì)中的一個重要部分。本研究選用美國某公司推出的一種具有高精度、低噪聲、多通道特點(diǎn)的△一∑型模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器CS5532。其內(nèi)部含有一個增益可選的載波穩(wěn)定測量放大器和一個4階差動△一∑調(diào)制器，非常適合測量稱重傳感器輸出的毫伏信號，且可得到高達(dá)24位分辨率的輸出結(jié)果一’3。；具有靈活簡便的三線串行接口，可直接與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。CS5532提供了2個模擬輸入通道，在本設(shè)計(jì)中選用通道l(AINl+、AINl一)來接收經(jīng)INAl29放大和MAx275濾波后的模擬信號，通道2直接接地。R。、c：用于組成模擬電源VA+與數(shù)字電源VD+之間的RC濾波器。主時(shí)鐘OsCl、Osc2根據(jù)設(shè)計(jì)需要外接晶振4．9152MHz，負(fù)載電容c，、c。均為12pF。C，為信號輸入端濾波電容。cs5532與STc89c58RD+的接口引腳有cS、sDI、sDO及scLK，它們分別接至單片機(jī)的P1．0、P1．1、P1．2和P1．3。片選端CS是串行口允許訪問控制線，當(dāng)P1．0置cs為低電平時(shí)，串行口可作為三線接口來訪問。sDI為串行數(shù)據(jù)輸入端，將sTc89C58RD+發(fā)出的控制信號傳送給轉(zhuǎn)換器。SDO為串行數(shù)據(jù)輸出端，將經(jīng)轉(zhuǎn)換器處理后的稱重?cái)?shù)據(jù)送到單片機(jī)。若P1．0把CS引腳置為高電平，則SDO處于高阻態(tài)。SCLK為串行移位時(shí)鐘，是數(shù)據(jù)位移入或移出ADC串口的控制時(shí)鐘，只有當(dāng)cs=0時(shí)，scLK才能被端口邏輯識別.。

1.2數(shù)據(jù)處理部分

該部分的功能是單片機(jī)通過處理外部電路單元的輸入信號來獲取測量數(shù)據(jù)以及與被測量有關(guān)的系統(tǒng)值。稱重顯示控制器中的單片機(jī)除了需要對A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行處理外，還要對按鍵信號、串口通訊信號等進(jìn)行檢測分析。因此，單片機(jī)性能的優(yōu)劣將直接影響控制器的整體性能。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)算速度與可靠性，同時(shí)考慮到控制器的實(shí)際工作環(huán)境中一般會有靜電、輻射和振動等外界干擾，本研究選用了sTc89系列中的單片機(jī)STC89C58RD+作為核心控制芯片。該單片機(jī)不僅運(yùn)行速度快，性價(jià)比高，而且其內(nèi)部電源供電系統(tǒng)、I／O口、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、看門狗電路等均經(jīng)過特殊處理，具有超強(qiáng)抗于擾、抗靜電功能。

1.3控制信號的輸入／輸出部分控制信號的輸入／輸出主要由按鍵、液晶顯示、開關(guān)量輸入／輸出、串口通訊等電路單元組成。

(1)按鍵?？刂破髟O(shè)計(jì)了6個發(fā)聲按鍵對顯示終端進(jìn)行操作，分別是“+”鍵、“一”鍵、“一”鍵、“-+”鍵、“確定”鍵及“取消”鍵。

(2)液晶顯示。本控制系統(tǒng)的終端人機(jī)交互界面主要用于顯示測控?cái)?shù)據(jù)、系統(tǒng)工作狀態(tài)以及查看、設(shè)定和修改系統(tǒng)參數(shù)等。為了實(shí)現(xiàn)信息的全中文顯示目的，使終端顯示界面更為友好，液晶顯示器選用的是OcMJ(奧可拉中文集成模塊)B系列液晶顯示模塊OCMJ4x12B。該模塊內(nèi)含GB231216×16點(diǎn)陣國標(biāo)一、二級簡體漢字字庫和AsCII碼8×8(半高)及8×16(全高)點(diǎn)陣英文字庫¨。。輸入GB2312區(qū)位碼或AscII碼即可實(shí)現(xiàn)漢字或字符顯示，可顯示4行，每行可顯示12個漢字或24個字符；同時(shí)模塊采用REQ／BuSY兩線握手通訊協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)用戶硬件接口，不占用單片機(jī)串行通信單元的資源，使得系統(tǒng)更為簡單可靠。顯示器的并行接口直接與P2口相連接，其他控制腳與Pl口連接。為避免背光源功耗相對較大而影響模塊顯示，這里采取兩組電源對模塊電源VDD與背光電源LED分開供電，外接10kQ電位器RPT用以調(diào)整顯示對比度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出，當(dāng)VEE與V0間的電壓處于2V±0．2V時(shí)，顯示對比度最佳。

(3)開關(guān)量輸入／輸出。開關(guān)量實(shí)現(xiàn)的是按鈕操作信號的輸入和單片機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號的輸出。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了8個控制按鈕對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，分別為啟動、自動／手動、暫停、夾袋、進(jìn)料、卸料、松袋及清除報(bào)警。儀表開關(guān)量輸入為低電平有效。輸入接口外接手動按鍵，每次只能有一個按鍵閉合，且閉合時(shí)間大于100ms為有效?？刂破鏖_關(guān)量輸出為控地方式，采用光電隔離的方法，接口由外部提供一路直流24V電源作為開關(guān)量工作電源。開關(guān)量輸出為晶體管集電極輸出，可直接驅(qū)動24V直流繼電器或小型直流負(fù)載，驅(qū)動電流可達(dá)lA。開關(guān)量輸出可用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動、狀態(tài)指示或報(bào)警。

(4)串口通訊部分。為了提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和長距離通訊性能，采用了線路設(shè)計(jì)簡單、控制方便的Rs一485串行總線傳輸標(biāo)準(zhǔn)。串口通訊芯片選用某公司生產(chǎn)的MAx485，通過芯片的DI、RO引腳和單片機(jī)的TxD、RxD引腳相連，構(gòu)成了一個簡單的集散型控制系統(tǒng)，使得控制器可方便地與遠(yuǎn)端PC機(jī)和打印機(jī)進(jìn)行通訊。

2稱重顯示控制器的軟件設(shè)計(jì)

控制器的軟件系統(tǒng)按照現(xiàn)代軟件設(shè)計(jì)方法，采用菜單模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)軟件具有結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)試方便、易維護(hù)、易擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。從工作原理來看，整個系統(tǒng)的功能模塊有：按鍵處理、數(shù)據(jù)檢測及處理、開關(guān)量輸入／輸出信號處理、終端液晶顯示以及串口通訊處理等。

3結(jié)束語

本稱重顯示控制器主要用于物料包裝的測量與控制，目前已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)并進(jìn)入試用階段。從現(xiàn)場運(yùn)行情況來看，經(jīng)過不斷調(diào)試和完善該控制器能夠準(zhǔn)確、清晰、實(shí)時(shí)地完成系統(tǒng)的顯示與控制，滿足了用戶的要求，并具有很好的穩(wěn)定性。在對該控制器進(jìn)行一定的軟、硬件改造后，便可將控制器推廣應(yīng)用于其他相關(guān)行業(yè)。

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