本文介紹了某公司的高精度稱重儀表的自動稱重係統設計。配合電磁振動器構成的振動傳送機構，以及點陣型液晶顯示模塊，可達到簡便易用、高精度自動定量稱重的目的。

在藥品、味精、茶葉、白糖等顆粒狀產品的定量包裝現場，需要高精度、操作簡便的稱重裝置和稱重儀表和快速、可靠的給料機構。可利用單片機控製技術設計自動稱重儀表控製係統，實現物料的實時稱重與定量輸送，從而克服傳統機械稱重設備精度低、操作複雜、需人工送料等缺點，對提高產品整體的包裝效率起到關鍵性作用。

稱重儀表控製係統硬件設計
1 傳感器與數據采集
本係統采用的傳感器為台灣某公司的高精度NBA係列鋁合金單點式稱重傳感器，為電阻應變式傳感器。根據電阻應變式傳感器的原理，四片應變片構成全橋橋路，在電橋供電端施加恒定的直流電壓，則電橋輸出端的電壓將與其上所承受的壓力成正比，由此可根據輸出電壓的不同來測量重量。
該傳感器量程為3 kg，靈敏度為2 mV／V，精度為0．02％F．S．。當采用5 V電源供電時，滿量程輸出為10mV，最小分辨力為2μV。為采集如此微弱的信號，需設計好信號調理電路，並且對A／D轉換器提出嚴格的要求。圖2為稱重傳感器與CS5532的接口電路。傳感器的輸出信號經過濾波電路，消除信號中的串模、共模幹擾以及高頻幹擾信號後進入A／D轉換器。
為了滿足小信號測量精度要求，在ADC方麵本係統采用的A／D轉換器CS5532為某公司的高精度24位串行A／D轉換器。它是高集成度的△-∑模／數轉換器，由於運用了電荷平衡技術，其性能可以達到24位。該係列ADC非常適合測量稱重儀表、過程控製、科學和醫療等應用領域的單／雙極性小信號。
芯片內部有一個極低噪聲的斬波穩定儀表放大器，其增益可選擇為2n(n=O～6)，擴大了信號輸入範圍，允許小信號的輸入，提高了高精度稱重儀表控製係統的動態特性。其在50 Hz的共模抑製比典型值可達120 dB，這對從高共模電壓中檢測出微弱的差分電壓信號是十分有利的。內部還有一個4階的△一∑調製器，其後跟隨一個數字濾器，能提供10種可供選擇的輸出字速率。ADC內部還有一個與SPI兼容的三線串行接口。另外，利用CS5532內部的校準係統(包括自校準和係統校準)，可設置ADC傳遞函數的零點以及增益斜率，從而消除係統通道的失調和增益誤差。
2 電磁振動器機械結構與工作原理
電磁振動器的機械結構主要包括銜鐵、電磁鐵及線圈、板彈簧、給料槽以及機座等部分。給料槽的往複運動是依靠電磁振動器的電磁鐵和銜鐵之間的脈衝吸引力F的產生與消失實現的。
通過移相觸發的方式調節雙向晶閘管的控製角α，即調節雙向晶閘管的觸發時刻t1和t2，可改變激振線圈中的平均供電電壓，進而改變電磁鐵和銜鐵之間吸引力F的大小，從而調節給料機往複運動的振幅。

3 過零點檢測電路
為了實現移相觸發控製，設計了過零點檢測電路。如圖5所示，經降壓後的交流電經過電壓比較器LM393，以及光耦合器TLP521的隔離、反相器74HCl4D的整形後，在INTO、INT1分別輸出用於單片機外中斷O、1的脈衝信號。這樣，在交流電每一周期的正負半周期，都可以產生脈衝信號以引起單片機的外中斷。單片機進入中斷後，在服務程序中根據控製角的需要設定定時器的計數值，並立即啟動定時器。定時器計數溢出中斷後，將在其中斷服務中對雙向晶閘管的門極施加觸發脈衝，觸發其導通。
4 液晶顯示模塊
本係統采用ACM一12232G作為液晶顯示模塊，由2片SED1520芯片作為顯示驅動器。SED1520顯示驅動器是一種點陣圖形式液晶驅動器，可與8位單片機直接相連，使用方便。SED1520內置2 560位顯示RAM，具有16個行驅動口和61個列驅動口，驅動占空比可為1／16或1／32。顯示RAM共32行，分為4頁，每頁8行。

稱重儀表控製係統軟件設計
1 主程序流程
主程序流程如圖6所示。當係統上電，完成單片機、外圍芯片、各種參數的初始化後，即進入主循環。在主循環中，由定時器1定時掃描鍵盤，當掃描到有按鍵按下時，有標誌位產生，即進入鍵值計算並執行相應的處理。
當按鍵啟動係統後，係統進入運行態。係統開始進行振動送料、A／D采樣、數字濾波、標度變換以及比較判斷等工作。當物料達到設定值SV時，係統進入暫停態。此刻等待釋放信號(如紅外傳感器開關信號)，釋放物料後，稱重儀表控製係統自動進入運行態，繼續送料。當由於物料槽中物料不足、係統計時到後，進入人工態，此刻需人工按鍵釋放不足物料。當係統處於停止態時，需定時地保存改變的參數。LCD實時刷新當前的狀態和各項參數。
2 CS5532模／數轉換程序
CS5532在啟動時有20 ms的延遲，所以要在其啟動20 ms後再對其進行初始化。CS5532沒有加電複位功能，首先需要人工通過ADC串口發送初始化序列，即15個SYNCl(0xFF)命令字節和1個SYNCO(0xFE)命令字節，使ADC串口進入命令模式；接著通過設置配置寄存器的RS位，實現稱重控製係統複位。稱重儀表控製係統複位後，需配置電壓參考模式VRS位，初始化通道設置寄存器(CSR)，設置是否進行校準。

高精度稱重儀表控製係統原理
係統原理框圖如圖1所示。稱重傳感器和A／D轉換器，負責采集物料重量的實時數據；雙向晶閘管和電磁振動器，為物料的移動送料提供動力；過零點檢測電路負責檢測交流電的過零點，為晶閘管的觸發提供同步點；LCD液晶顯示和按鍵可方便用戶的操作與觀察；閘門電機和閘門，用於釋放在物料槽中達到設定重量的物料。
首先，操作者設置稱重定值、送料速度等，並啟動係統。接著，電磁振動器在單片機的控製下做規律性振動，把物料從給料通道送往物料槽。與此同時，A／D轉換器不斷地檢測稱重傳感器的輸出，轉換成數字量，並傳送給單片機處理。經過數字濾波、標度變換後，一方麵在LCD模塊顯示出瞬時物重，另一方麵進行稱重比較判斷，根據一定算法控製電磁振動器的振幅。當達到設定值時，停止送料，並檢測紅外傳感器的信號，打開閘門釋放物料，從而實現高精度自動稱重配料。

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