0引言
由於受國內研發和製造水平的限製，儀表的技術含量、功能，特別是在稱重精度、網絡通信等方麵與國外相比尚有一些差距[1]。那麽，開發一款功能較完善，具有較高秤量精度和使用可靠性的可編程稱重控製器，是本設計的重點。在控製過程方麵，用戶可以方便的實現各種複雜的控製過程，通過編製工作流程。在使用方麵，為了滿足工業現場對控製操作的要求，可通過鍵盤和LED顯示結合來實現參數的設置、數據的查詢、程序的編寫和稱重過程控製等操作，操作界麵簡單、易懂。除此之外，該控製器還要滿足稱重計量自動化的要求，不僅要給出重量信息，而且還因具有控製功能和管理功能，並提供屏幕顯示。解決這個問題的途徑之一是開發一塊滿足稱重係統要求的印製電路板，直接插入電子計算機中，使稱重顯示控製器與計算機一體化。詳細給出了稱重控製器的設計方法，根據配料生產的工藝要求，采用單片微機設計，集測量控製一體化的新型稱重控製器[2]。
1係統設計
本設計闡述了可編程稱重控製器的設計方案，並對稱重控製儀表的主要性能指標和各功能模塊進行說明。
工作原理：質量（力）通過稱重傳感器轉換為電信號,再以模擬量（數字量）的形式顯示儀表上。稱重係統主要由稱重傳感器、弱信號的放大和濾波電路、高數位A/D轉換器、MCU和顯示器等組成[3]。係統組成框圖如圖1所示。

2係統的工作原理
2.1總體方案的硬件設計[5]
(1)MCU的選型及最小係統的搭建。
(2)A／D轉換器：芯片的選型及輔助電路的設計。
(3)按鍵顯示模塊：芯片選型及其電路設計。
(4)串行通訊接口(包括RS-232和RS-485接口)：芯片的選型及其電路設計。
(5)電源模塊：芯片的選型以及電路設計。
2.2MCU部分
係統選用CIP-51係列的C8051F020單片機，作為測量控製儀表的核心。此單片機是完全集成的混
合信號係統級MCU，有64個數字I/O引腳。如圖2所示C8051F020的模塊示意圖。

2.3A/D轉換模塊
本文選擇了ICL7135。考慮到係統中其他因素的影響，12位的A/D芯片無法滿足係統對控製精度的要求，需要14位或者更高精度的A/D芯片。所以，選擇雙積分型A/D轉換器—ICL7135。另外，運用前置放大和濾波稱重傳感器，具有輸出為微弱的低頻差分信號，且電壓幅度為微伏級的特點，有效地克服了幹擾的影響。
2.4串行通訊模塊
設計係統中，RS-232和RS-485接口同時具備，完成與上位機的數據通信。RS-232，適用近距離的數據傳輸，接線方式簡單且靈活；RS-485，適用遠距離、多點通信，常用於工業控製信號的傳輸和現場信息的采集。根據實際需要選用合適的串行通信標準。
2.5電源模塊
一個硬件係統設計中，電源[7]是關鍵的一個部分，設計中需要考慮功率的容限、電源的輸出電壓及紋波幹擾等因素。電源模塊的電路圖如3所示。

3.6稱重係統的硬件主體
稱重係統的硬件主體電路如圖4所示，硬件電路中使用了七達林頓驅動器UN2003，二輸入端四與非門MC4011，模擬開關MC4066，3/8線譯碼器，運放TL062等器件，係統配有4×4的鍵盤和7位的LED顯示器，顯示單位：克（g）、千克（kg）以及噸（t），可根據需要選擇。顯示屏上有8隻發光二極管A-H,分別標示LW（零位）、PZ（皮重）、ZL（置零）、DJ（單價）、JE（金額）、LC（累計次數）、LJ（累計）及LZ（累計重量）。

3.7軟件設計流程
軟件設計主要完成：用戶對需求功能的響應、軟件的濾波處理、測得數據的采集及其處理、稱重數據的顯示和校正等功能。
3.7.1主程序的設計
主程序主要完成的功能：數據的采集、配料控製、數值顯示等。主程序設計的流程：係統開機後，執行初始化子程序，再進入主循環，不斷地查詢按鍵是否動作，當查詢到有鍵按下時，執行相應按鍵功能的子程序；無鍵按下時，則繼續掃描。
3.7.2功能模塊的程序設計
控製器具有的功能模塊主要有：控製流程編寫、稱重標定、係統測試、時間和日期設置、全局參數設置、記錄數據查詢等。
3.7.3係統測試功能模塊
通過按鍵，可對不同項目進行選擇。例如：在顯示稱重的狀態下，按下[測試]鍵，即可進入係統的測試功能。通過這種方式，可以測試儀表的各硬件功能，判斷控製器的各項功能是否可以正常工作。
3.7.4全局參數功能測試模塊
此模塊的功能主要是對稱重過程中的相關數據，如：參數的顯示方式、串行通訊口的相關參數等進行設置。
3.7.5記錄查詢數據功能模塊
記錄數據查詢功能模塊主要用於查詢稱重過程中配料結果的曆史記錄。
3.7.6串行通信功能模塊
串行通訊是可編程稱重控製器不可或缺的一部分。本文串行通訊功能模塊包括RS—232和RS—485兩種標準串行接口，可實現對設備的遠程管理和PC機組網的控製。
3.7.7軟件濾波
采用軟件濾波防止外界及係統本身對係統產生的幹擾。
4硬件抗幹擾的措施
4.1抗幹擾的措施
抗幹擾的主要措施：在切斷來自配電係統和傳輸通道幹擾的同時，也起到了削弱已進入儀表的部分幹擾的作用。按照幹擾進入儀表的方式分為：
·串模幹擾
·共模幹擾
·數字電路幹擾
·電源和地線係統的幹擾
4.2電容性耦合
4.3光電耦合器
光電耦合器具有強抗幹擾能力的原因：
①抗幹擾能力強是由於輸入的阻抗較低，而幹擾源的內阻很大導致的。根據分壓原理，由於其所提供的能量很小，隻能形成很微弱的電流。同理，隻有在通過一定強度的電流時，光電耦合器輸入部分的發光二極管才能發光；輸出部分的光敏三極管對光的強度也有一定的要求。對於電壓幅值很高的幹擾，要使二極管發光是需要足夠的能量的，從而使幹擾得到有效抑製。
②光電耦合器阻止幹擾噪聲饋送到另一邊。因為輸入回路與輸出回路之間的分布電容很小，絕緣電阻非常大。
③受外界光的幹擾小。輸入與輸出回路之間是光耦合的，而且在密封條件下進行。
注意：光電耦合器的輸入部分與輸出部分必須分別采用獨立的電源，否則隔離作用失去意義。
4.4開關量輸入/輸出通道的抗幹擾隔離措施
由於開關量的輸出電路可直接控製動力設備的啟/停，所以通道引入的幹擾更加強烈。對此，繼電器和光電耦合器隔離是抗幹擾隔離的主要措施。
繼電器隔離：采用這種措施時，由於觸點的負載能力強，可直接驅動動力回路，所以需把驅動器設置在繼電器與輸出鎖存器之間。
繼電器適用於對響應速度要求不高的啟/停操作，其延遲時間需幾十毫秒。
光電耦合器隔離：采用這種隔離方式，不需使用驅動器，一般的三態門即可滿足要求。
此外，光電耦合器比適合於對啟/停操作的響應時間要求比較高的輸出控製係統，因為其延遲時間比較短。
必須對狀態信號、控製信號以及數字量信號，進行全部的隔離，以使得兩邊電器上沒有任何的關聯。
4.5隔離的應用
在實際應用中，光電耦合器件均設置在模擬量輸入/輸出通道的模擬多路開關芯片上，模擬量輸入（輸出）通道：設置在A/D（D/A）芯片電路的數字信號上。接地的目的：在消除流經公共地線的各電路電流所產生的噪聲電壓幹擾的同時，也消除了電磁場和地電位差對係統的影響。
5結論
該可編程稱重控製器的研發過程中，重點應用80C51係列單片機工作原理特點以及C語言程序設計該係統。運用單片機在顯示應用中外圍芯片擴展的方法，整體上實現了電路相關的理論，提高了稱重係統的應用能力。電子秤的高速和高精度在數字式電子稱重係統設計中詳細闡述[9]。

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