０引言
在工業生產的計量領域中，電子稱量係統是生產中十分重要的計量設備，傳統的電子稱重控製係統大多采用固定的點到點有線通信［１］，該類設備一般使用ＲＳ４８５總線進行數據傳輸，各種儀器儀表通過有線方式連接，這樣不僅現場施工麻煩，而且費用很高。隨著計算機技術和無線通信技術的發展，基於無線網絡傳輸的計算機控製係統使用越來越多［２－３］。本文設計了一種無線港口稱重遠程監控係統，將嵌入式技術、無線測控技術和自動化技術有機結合起來。該係統稱量精度高，實時性強，可靠性高、成本低廉，有著廣泛的應用前景［４］。
１無線稱重控製係統總體結構
無線稱重控製係統主要由四部分組成，即電子料鬥秤體、稱重控製器、無線通信模塊和監控計算機組成。係統總體結構如圖１所示。

電子料鬥秤體主要由儲料鬥和裝有稱重傳感器的稱量料鬥兩部分組成。稱重控製器由前置預處理電路、顯示電路和單片機通信電路等組成。無線通信模塊的功能主要是進行數據的轉發，在稱重控製器與中央監控室內的計算機之間建立無線通信連接［５］。監控計算機通過無線通信模塊采集各台稱重控製器的數據並對稱重控製器發送控製命令，同時對采集到的多點數據進行集中管理，實現整個稱重控製係統的自動監控功能。
２係統硬件
２．１稱重控製器結構
稱重控製器主要由Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機、數據采集電路、輸入輸出部分、鍵盤和顯示部分、通信電路五部分組成，如圖２所示。

Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機資源豐富、功能完善、功耗低、體積小，是設計稱重控製器的理想選擇。數據采集電路包括傳感器、前置放大和低通濾波電路組成，稱重傳感器采集的重量信號經過前置放大和濾波電路後，被送到單片機內部的１６位逐次逼近型Ａ／Ｄ轉換器轉換。鍵盤和顯示電路主要完成參數的輸入和數據的顯示。輸入輸出控製電路包括光電耦合器、放大電路、繼電器驅動電路，實現對外圍設備的輸入輸出控製［６］。通信電路是將單片機輸出的ＴＴＬ電平信號經過ＳＰ３２３２Ｅ芯片轉換成ＲＳ２３２信號。
體積小，是設計稱重控製器的理想選擇。數據采集電路包括傳感器、前置放大和低通濾波電路組成，稱重傳感器采集的重量信號經過前置放大和濾波電路後，被送到單片機內部的１６位逐次逼近型Ａ／Ｄ轉換器轉換。鍵盤和顯示電路主要完成參數的輸入和數據的顯示。輸入輸出控製電路包括光電耦合器、放大電路、繼電器驅動電路，實現對外圍設備的輸入輸出控製［６］。通信電路是將單片機輸出的ＴＴＬ電平信號經過ＳＰ３２３２Ｅ芯片轉換成ＲＳ２３２信號。
２．２信號預處理電路
數據采集電路由稱重傳感器、放大濾波電路及Ｃ８０５１Ｆ０６０內的１６位Ａ／Ｄ轉換器等組成。稱重傳感器采用電阻應變式傳感器，實現將稱重載荷信號轉換為微弱的電壓信號［７］。放大濾波電路采用ＴＩ公司的ＯＰＡ３７和ＯＰ０７組成的差分放大電路，如圖３所示。文中采用ＡＤＣ０單端方式工作，參考電壓ＶＲＥＦ為２．５Ｖ，則其輸入電壓範圍為０～２．５Ｖ。

２．３鍵盤與顯示驅動電路
用於顯示和按鍵接口電路的驅動芯片采用ＢＣ７２８１Ｂ，它與Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機之間采用２線高速串行接口通信。使用時需要在雙向數據傳輸線ＤＡＴ上加２０ｋΩ左右的上拉電阻，串行接口的同步時鍾
ＣＬＫ由Ｃ８０５１Ｆ０６０的Ｐ２．１引腳控製。圖４為顯示和鍵盤驅動電路。

本文采用ＢＣ７２８１Ｂ擴展２０（５×４）個矩陣按鍵，‘行’線連接到ＢＣ７２８１的位驅動ＤＩＧ０～ＤＩＧ４，‘列’線連接到第０～７位顯示的段驅動移位寄存器的輸出，為了防止顯示電路對鍵盤電路的影響，鍵盤矩陣與顯示電路之間必須加入二極管和４．７ｋΩ的隔離電阻。本電路采用了６位數碼管顯示，隻需對應接入一片８位的移位寄存器與ＢＣ７２８１的位驅動ＤＩＧ０～ＤＩＧ７，移位脈衝由７４ＨＣ１６４進行控製。
２．４無線通信模塊接口電路
稱重控製係統采用ＲＦ１１００－２３２無線收發模塊，該模塊內置ＴＩ公司最新的高性能ＣＣ１１０１無線通信芯片，４３３ＭＨｚ免費ＩＳＭ頻段免許可證使用，低功耗工作，無障礙傳輸距離可達２００ｍ以上，可應用於多種場合。
稱重控製器與無線模塊之間的通信直接采用ＴＴＬ電平，通過串口進行數據的讀寫，圖５為無線模塊與Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機連接示意圖。監控計算機與無線通信模塊之間通信需要進行電平轉換，在此采用了ＭＡＸ２３２芯片進行ＴＴＬ電平與ＲＳ２３２電平轉換［８］，圖６為ＰＣ機與無線通信模塊連接示意圖。

３係統軟件設計
３．１係統數據傳輸過程
監控計算機每隔２００ｍｓ通過串口進行一次稱重控製器數據采集。監控計算機通過串口將采集指令傳輸給無線通信模塊的單片機，然後無線通信模塊的單片機再將收到的指令通過ＳＰＩ接口發送給ＣＣ１１０１，ＣＣ１１０１在發送模式下，將傳輸的有效載荷寫入ＴＸＦＩＦＯ中，並在數據包中將添加可控數據的前導碼、同步詞匯和ＣＲＣ奇偶校驗碼，然後將數據包發送出去；當稱重控製器的無線模塊接收到有效的數據後，經前導偵測、同步詞匯偵測、檢測ＣＲＣ校驗碼對數據包進行解析送出，無線模塊的單片機通過ＳＰＩ接口從ＣＣ１１０１中讀出接收數據，然後再經串行口送給稱重控製器，接著稱重控製器根據接收到的數據執行采集數據和控製外圍設備工作［９］。采集任務完成以後，稱重控製器將采集到的數據參數再通過無線通信模塊送回到監控計算機，監控計算機根據接收到的數據信息進行數據顯示、數據處理以及打印輸出等操作。
３．２稱重控製器稱重控製程序
本文采用了二段加料法，即快加料和慢加料，通過快加料縮短加料時間，提高稱量效率，用慢加料減小稱量誤差，提高稱量精度。設定係統中當前重量為Ｍ０，快加料目標量為Ｍ１，目標加料量為Ｍ２，慢加料停止的提前量為Ｍ３，慢加料目標量為Ｍ２－Ｍ３。加排料控製子程序如圖７所示。

３．３無線通信模塊軟件設計
無線通信模塊［１０－１１］主要由ＣＣ１１０１接收和發送程序組成，無線通信模塊的單片機通過ＳＰＩ接口對ＣＣ１１０１進行配置［１２］。當ＣＳｎ為低電平時，ＳＰＩ接口開始工作，準備接受一條指令，ＣＳｎ由高到低跳變時開始轉換指令。無線通信流程如圖８所示。

４係統功能的實現
本係統的無線模塊工作在頻段４３３ＭＨｚ，該頻段為免費ＩＳＭ頻段免許可證使用（４２０～４４０ＭＨｚ）；在無障礙物可視的情況下可以達到２３０ｍ，在有電機幹擾的車間環境下可傳輸８０ｍ左右；中央計算機監控軟件采用ＭＣＧＳ組態軟件設計，實現重量數據實時采集和數據集中管理。文中采用了６台稱重控製器進行散料稱量控製，上位機監控界麵如圖９所示。

該係統實現以下功能：
（１）數據的實時顯示：包括當前重量、上次排料重量、累計總重量。
（２）通信狀態顯示。
（３）操作指令：排料、加料。
（４）曆史數據：曆史數據查看、數據輸出打印。
（５）用戶管理：用戶身份驗證、用戶密碼修改。
（６）係統管理：窗口管理、退出係統。
５結語
本文采用Ｃ８０５１Ｆ０６０單片機作為稱重控製器的處理芯片，用ＣＣ１１０１ＲＦ收發芯片組成無線收發通信模塊，上位機采用ＭＣＧＳ組態軟件，實現了港口散料的自動稱量與管理。該係統可以通過無線通信的方式對遠程稱量設備的數據進行采集和控製，為港口散狀物料
（如穀物、煤粉）的自動稱量和管理提供了新的途徑。

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