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0.前言

目前，電子衡器已經(jīng)進入各行各業(yè)，并得到了快速發(fā)展和廣泛應用。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)行機構(gòu)組合后可構(gòu)成各種定值秤、配料秤等，廣泛應用于飼料、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、運放及濾波電路和ADC等。由電阻應變橋式稱重傳感器將受力時產(chǎn)生形變的電壓信號經(jīng)直流運算放大器放大，有源濾波電路對其進行濾波后，再由ADC模塊進行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，最后送入單片機。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。直流運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之間對增益進行設(shè)置；49．4kQ—INAl29內(nèi)部設(shè)定電阻修正的標準阻值。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300kHz，且無需時鐘電路，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到良好的濾波效果，能夠完全滿足控制器設(shè)計的需要。ADC模塊是控制器硬件設(shè)計中的一個重要部分。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，可直接與單片機進行數(shù)據(jù)傳輸。CS5532提供了2個模擬輸入通道，在本設(shè)計中選用通道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。主時鐘OsCl、Osc2根據(jù)設(shè)計需要外接晶振4．9152MHz，負載電容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P1．0置cs為低電平時，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)換器處理后的稱重數(shù)據(jù)送到單片機。若P1．0把CS引腳置為高電平，則SDO處于高阻態(tài)。SCLK為串行移位時鐘，是數(shù)據(jù)位移入或移出ADC串口的控制時鐘，只有當cs=0時，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除了需要對A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進行處理外，還要對按鍵信號、串口通訊信號等進行檢測分析。因此，單片機性能的優(yōu)劣將直接影響控制器的整體性能。為了提高系統(tǒng)的運算速度與可靠性，同時考慮到控制器的實際工作環(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STC89C58RD+作為核心控制芯片。該單片機不僅運行速度快，性價比高，而且其內(nèi)部電源供電系統(tǒng)、I／O口、時鐘電路、復位電路、看門狗電路等均經(jīng)過特殊處理，具有超強抗于擾、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)計了6個發(fā)聲按鍵對顯示終端進行操作，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)的終端人機交互界面主要用于顯示測控數(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點陣國標一、二級簡體漢字字庫和AsCII碼8×8(半高)及8×16(全高)點陣英文字庫¨。。輸入GB2312區(qū)位碼或AscII碼即可實現(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；同時模塊采用REQ／BuSY兩線握手通訊協(xié)議的標準用戶硬件接口，不占用單片機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)實驗得出，當VEE與V0間的電壓處于2V±0．2V時，顯示對比度最佳。

(3)開關(guān)量輸入／輸出。開關(guān)量實現(xiàn)的是按鈕操作信號的輸入和單片機控制執(zhí)行機構(gòu)信號的輸出。本系統(tǒng)設(shè)計了8個控制按鈕對執(zhí)行機構(gòu)進行操作，分別為啟動、自動／手動、暫停、夾袋、進料、卸料、松袋及清除報警。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載，驅(qū)動電流可達lA。開關(guān)量輸出可用于執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動、狀態(tài)指示或報警。

(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)計簡單、控制方便的Rs一485串行總線傳輸標準。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端PC機和打印機進行通訊。

2稱重顯示控制器的軟件設(shè)計

控制器的軟件系統(tǒng)按照現(xiàn)代軟件設(shè)計方法，采用菜單模塊化結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，使得系統(tǒng)軟件具有結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)試方便、易維護、易擴充等優(yōu)點。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)通過實驗并進入試用階段。從現(xiàn)場運行情況來看，經(jīng)過不斷調(diào)試和完善該控制器能夠準確、清晰、實時地完成系統(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。在對該控制器進行一定的軟、硬件改造后，便可將控制器推廣應用于其他相關(guān)行業(yè)。

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