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電子重量顯示器已經(jīng)替代傳統(tǒng)的桿秤成為日常生活中的衡器.電子秤稱量重物的過程實際上就是微型計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程,數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)劣決定了稱量重物的準(zhǔn)確性,對所設(shè)計的ZZX2I型稱重顯示器采用了數(shù)據(jù)實時處理較優(yōu)秀的方法———滑動平均值法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,并給出了稱重程序.

1　簡介

一臺電子重量顯示器(俗稱電子秤),實際上就是一個稱重數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).當(dāng)重物放到衡器上時,壓力傳感器輸出響應(yīng)的模擬電壓信號,經(jīng)過模、數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D變換)后就得到數(shù)字量D.但是,數(shù)字量D并不是重物的實際重量值W,W需要由數(shù)字量D在顯示器內(nèi)部經(jīng)過一系列的運(yùn)算———即數(shù)據(jù)處理才能得到.這一系列的運(yùn)算———即數(shù)據(jù)處理是由裝在稱重顯示器中的微型計算機(jī)來完成的;不僅如此,稱重顯示器的整個工作過程也都是在微型計算機(jī)的控制下有條不紊地進(jìn)行.近年來,隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展,單片機(jī)更加廣泛的應(yīng)用在各種智能化稱重儀表中.在電子秤中使用單片機(jī)可使電子秤的性能提高,成本降低,具有明顯的優(yōu)越性.從筆者參加設(shè)計的ZZX-Ⅰ型重量顯示器為例,介紹在電子秤中利用MCS-51系列單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法.

2　數(shù)據(jù)處理的方法

ZZX-I型重量顯示器由MCS-51系列8031單片機(jī)控制.作為一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),它有一定的采樣速率.由于硬件電路設(shè)計中采用了7109A/D轉(zhuǎn)換器及6M晶振,采樣速率達(dá)到12次/秒[1];這就是說,當(dāng)重物放到衡器上時,A/D轉(zhuǎn)換并不是只進(jìn)行一次,而是一次接一次地進(jìn)行下去.當(dāng)衡器上的重物穩(wěn)定時,理論上每次A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量D應(yīng)是相同的;將此數(shù)字量D進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)處理(標(biāo)度變換)得到的數(shù)值W才是重物的真實重量.數(shù)字量D的正確與否,決定了稱量是否準(zhǔn)確.考慮到硬件線路及其他因素(如脈沖干擾)的影響,為了得到正確的數(shù)字量D,一般采用的方法是:求連續(xù)多次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D的算術(shù)平均值P,利用P代替單次A/D的轉(zhuǎn)換結(jié)果D來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,以便得到準(zhǔn)確的重量值W.ZZX-I型重量顯示控制器也不例外,但鑒于重量顯示器的特殊性,即衡器的些微變化必須立即反映出來,也就是實時性,因此ZZX-I型稱重顯示器采用了能夠快速反應(yīng)變換結(jié)果的滑動平均值法[2].滑動平均值法采用存儲隊列作為A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲器,隊列的隊長固定為N,每進(jìn)行一次新的轉(zhuǎn)換,把轉(zhuǎn)換的結(jié)果放入隊尾擠掉原來隊首的一個數(shù)據(jù),這樣,在隊列中始終有N個“最新”的數(shù)據(jù);計算平均值時,只需要把隊列中的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均,就可以得到新的算術(shù)平均值.考慮編程的方便,隊列采用循環(huán)隊列來實現(xiàn).為保證轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確,更好的克服脈沖信號的干擾影響,在滑動平衡值中還增加了去除最大值和最小值的算法,保證了準(zhǔn)確快速地稱量重物.

3　程序的實現(xiàn)

在8031單片機(jī)的數(shù)據(jù)RAM存儲區(qū)中,共有128個存儲單元,為完成上述數(shù)據(jù)處理任務(wù),對存儲單元分配如下:

(1)每次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果放在寄存器R2和累加器A中;

(2)轉(zhuǎn)換結(jié)果隊列當(dāng)前指針存放在寄存器R0中;

(3)上次算術(shù)平均值存放于寄存器2BH,2AH中,當(dāng)前算術(shù)平均值存放于寄存器2DH,2CH中;

(4)最大值存放在29H,28H中,最小值存放在27H,26H中;

(5)隊列存放地址30H～43H,可存放十次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果.稱重程序的設(shè)計思想是:該段程序為中斷服務(wù)程序;每次變換結(jié)束一次,將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入隊列內(nèi)并修改隊列指針R0;求算術(shù)平均值,與上次平均值進(jìn)行比較,以判斷衡器是否穩(wěn)定;如不穩(wěn)定,當(dāng)前平均值存入上次平均值存儲單元,標(biāo)度變換后送稱重顯示器顯示;如穩(wěn)定,上次平均值單元內(nèi)容不變(顯示內(nèi)容保持不變).標(biāo)度變換采用線性變換公式:W=(Wmax-Wmin)×(P-Pmin)/(Pmax-Pmin)+Wmin.其中W為稱量值、Wmax為稱量最大值、Wmin為稱量最小值、為算術(shù)平均值、PPmin為Wmin對應(yīng)的平均值、Pmax為Wmax對應(yīng)的平均值.程序清單和注釋見頁腳的PDF文檔

四 結(jié)束語

由于ZZX-I型重量顯示器使用了上述滑動平均值數(shù)據(jù)處理程序,保證了準(zhǔn)確、快速的測量轉(zhuǎn)換結(jié)果,從而大大提高了稱量的準(zhǔn)確性,工作的穩(wěn)定性、可靠性也得到了保證.滑動平均值數(shù)據(jù)處理方法也適合于其他的定時采集系統(tǒng).

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