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 隨著電子技術、傳感器制造技術、微處理器技術的發(fā)展和成熟，定量稱量包裝秤已逐漸實現電子化，定量稱量系統(tǒng)已基本實現由傳統(tǒng)的杠桿平衡原理的機械秤逐漸向由微處理器控制，以高精度稱重傳感器核心的電子秤的轉化。

1硬件設計

選擇MCS51系列單片機，采用應變片式傳感器，將重量信號轉化為電壓信號，通過直流放大器放大后送人A/D轉換成數字信號，再由單片機進行數據處理，推動繼電器和執(zhí)行機構。

    設計要求稱量范圍為10 ~ 100kg，誤差小于等于0.6250%。在設計過程中，著重考慮電子部分的設計。首先需考慮精確度。根據《定量包裝商品計量監(jiān)督規(guī)定》要求，需將稱量精確度控制在40kg±0.25 kg以內，即誤差小于等于0.625%。電子秤的誤差分為兩類：①靜態(tài)誤差。包含稱重傳感器引起的誤差0.05%。調零電路和放大環(huán)節(jié)的誤差0. 02%，橋路供電電壓誤差0.01%．A/D轉換器的綜合誤差為0.02%，總的合成誤差是各種偶然誤差的均方根合成，即0.0580%。由此可以看出，其靜態(tài)誤差完全符合國家稱量標準。②動態(tài)稱量誤差。主要來源于電子秤對干擾信號響應的相對滯后。具體而言，與物料是否均勻，物料密度大小，是否有塊料，粗、細進料門限值，與稱量速度也有關，與機械震動的關系較大?？偟膩碚f需要滿足40kg±0.25 kg的國家標準。

    根據圖l和需要控制的各個環(huán)節(jié)的誤差，選擇相關的元器件。

    1)稱重傳感器：根據定量包裝秤的沒計范圍稱重傳感器選擇量程為100 kg，其靈敏度為2mV/V，即滿量程時1V激勵電壓對應輸出的電壓值。在物料的稱量過程中，物料的凈重可以設置為10~100 kg，桶重約50 kg，這樣稱量過程中皮重約60~ 150 kg(靜態(tài))，稱量過程中的沖擊力預計最大100N，采用2個傳感器懸掛1個料桶，每個傳感器均衡受力，確保每個傳感器受力滿載時為35 ~80kg。選擇量程為100 kg的傳感器能滿足要求。

    如果按照10V激勵電壓，傳感器在稱量過程中輸出電壓約為7 ~ 16mV，滿載時的輸出不會超過其量程范圍，傳感器的線性度較好，同時也增加了靈敏度和傳感器的輸出。

    2)傳感器供電模塊：AD581是美國AD公司出品的高精度電壓輸出模塊，其輸出電壓的精度為0. 01%，具有良好的穩(wěn)定性。

3)測量放大器選擇AD公司出品的儀用放大器AD522B，其誤差為0.02%，能做到阻抗匹配，抑制干擾，具有輸入阻抗高、低溫漂、低失調電壓和高穩(wěn)定增益的特點，是一種集成的精密測量放大器，該測量放大器內部是一個三運放的放大器結構，其增益由RG進行調整。AD522的4、6腳接高精度電位器用于調整放大器零點，如果是在強干擾環(huán)境中使用，引腳13可接信號傳輸導線的屏蔽網以減小干擾，不用則懸空。

4)硬件減法器：在設計過程中，為了提高控制精度，增加了一級高精度減法器。選擇AD公司的ADOP07運算放大器設計去皮重電路?？紤]到16位A/D轉換器價格較貴，采用12位A/D轉換器，通過加一級硬件減法器提高稱量精確度，同時得到了最好的性價比。

5) A/D轉換器：該電路采用AD574 AJ，轉換時間為20μs。工作溫度為0—70℃。

AD574是美國'Analog Device公司生產的12位逐次逼近式模數轉換器，其主要特點：①有參考電壓基準和時鐘電路，不需外部時鐘就可以工作；②轉換速率高，12位轉換25μs，8位轉換16μs；③8位或16位微處理器接口，自帶三態(tài)輸出緩沖電路，可直接掛在單片機的數據總線上而無需接口電路；④溫度適應范圍大，在-55 ~+125℃范圍內滿足線性要求?？紤]到傳感器電位信號在反應前后產生突變，只需采樣反應前后趨于穩(wěn)定的電位特征值即可，12位的高速A/D轉換芯片已完全能夠滿足要求。

6)采樣／保持電路：根據《自動控制原理》中的奈奎斯特采樣定理，在一個數據采樣系統(tǒng)中，為了使輸出信號能無失真地自我復現輸入信號，必須使采樣頻率至少為輸入信號最高有效頻率的兩倍。故需要加一級采樣保持電路，選擇AD582采樣保持電路。

7)人機接口電路：考慮到需要在現場操作及管理人員需要在控制室觀察操作，為此，采用2片Intel 8031 CPU，l片進行現場的顯示重量和掃描鍵盤，1片放在控制機房進行采樣、控制、鍵盤、數字顯示控制?？梢苑奖阍黾訜o線傳輸模塊，實現現場操作站和控制機房無線連接。

2軟件設計及聯(lián)合調試

    采用Intel 8031匯編語言進行編程，在線仿真編程器進行調試。在軟件設計的過程中盡量采用模塊化設計，比如，將數據采集用的A/D轉換部分設計成A/D轉換采樣模塊。將濾波程序設計成濾波模塊，將數字顯示部分設計成數顯模塊，將鍵盤掃描電路設計成鍵盤掃描模塊，將延時程序設計成延時模塊。在設計開始以前要詳細分配各個模塊的人口參數地址和出口參數地址。布爾開關量應當在CPU寄存器中設置固定的地址。

    軟件設計和硬件系統(tǒng)設計完成后，分別進行硬件調試和軟件調試，調試合格后進行聯(lián)合調試，根據現場的情況，發(fā)現問題，及時解決。實驗成功后將硬件電子電路制作成規(guī)范化的電路板。

3結束語

經過上述設計，完成了淀粉定量稱量包裝秤電子部分的設計。根據這個設計過程，成功制造了淀粉自動秤。該秤具有自動跟蹤料斗重量，自動調整門限值的功能，自動調整控制稱量精度。維護方便、精度高、速度快，可以應對不同行業(yè)的顆粒物料的定量稱量的需求，具有較廣闊的市場前景。

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